3.3 Вплив мікролегування Sr і Sc на властивості сплаву ак7ч.

Для кількісного аналізу отриманих даних функції відгуку механічних властивостей сплаву (твердості евтектичної складової Н, твердості HV, межі текучості, відносного стискання, відносного розширення при випробуванні на стискання від незалежних змінних (Sr %, Sc %, Vохл) визначали за стандартними методиками. Результати вимірювання механічних властивостей представлені в таблиці 3.5.

Кількісні залежності механічних властивостей (твердості евтектичної складової Н, твердості HV, межі текучості, відносного стиснення, відносного розширення при випробуванні на стиск від незалежних змінних (Sr %, Sc %, Vохл) отримані після обробки експериментальних даних для ортогональних латинських планів [121] (рисунки 3.17-3.19).

Таблиця 3.5 - Кількісні характеристики структури та механічні властивості сплаву АК7ч (в дужках вказані дійсні концентрації стронцію і скандію)

№	% Sr	%Sc	Vохл, K/c	H, МПа	HV	02, МПа	в, МПа	, %	, %
1	0	0	6,67*10-4	201	41	71,4	244	67,1	76,7
2	0,05(0,049)	0,1(0,112)	6,67*10-3	192	41	78,0	267	61,8	74,1
3	0,1 (0,098)	0,3(0,331)	100	184	47	100,1	330	63,2	71,3
4	0,2 (0,223)	0,5(0,522)	1000	351	69	212,3	440	45,8	35,2
5	0,05(0,052)	0,3(0,326)	1000	305	71	206,9	405	38	30,7
6	0,1 (0,111)	0,5(0,509)	6,67*10-4	263	61	98,0	222	64,8	74,9
7	0,2(0,198)	0	6,67*10-3	203	40	109,1	244	62,0	59,3
8	0	0,1(0,115)	100	205	50	107,8	293	73,0	91,9
9	0,1(0,111)	0,5(0,509)	6,67*10-3	340	72	176,3	368	64,0	79,9
10	0,2(0,198)	0	100	196	42	97,4	305	71,4	81,3
11	0	0,1(0,115)	1000	216	50	137,3	352	56,0	62,0
12	0,05(0,052)	0,3(0,326)	6,67*10-4	314	46	112,3	333	60,9	70,6
13	0,2(0,194)	0,1(0,099)	100	196	44	96,7	330	68,5	102,7
14	0	0,3(0,313)	1000	242	45	180,2	440	47,6	38,0
15	0,05(0,051)	0,5(0,497)	6,67*10-4	290	56	82,9	246	73,3	79,9
16	0,1(0,102)	0	6,67*10-3	187	38	82,6	270	76,0	106,1

Рисунок 3.13 – Відносні залежності мікротвердості евтектичної складової від стронцію, скандію і швидкості кристалізації в сплаві АК7ч

Рисунок.3.14- Відносні залежності твердості від вмісту стронцію, скандію і швидкості кристалізації в сплаві АК7ч

Рисунок 3.15- Відносні залежності умовної межі текучості від вмісту стронцію, скандію і швидкості кристалізації в сплаві АК7ч при випробуванні на стискання

Рисунок 3.16- Відносні залежності межі міцності від вмісту стронцію, скандію і швидкості кристалізації в сплаві АК7ч при випробуванні на стискання

Рисунок 3.17- Відносні залежності відносного стискання від вмісту стронцію, скандію і швидкості кристалізації в сплаві АК7ч при випробуванні на стискання

Рисунок 3.18- Відносні залежності відносного розширення від вмісту стронцію, скандію і швидкості кристалізації в сплаві АК7ч при випробуванні на стискання

На кривих відносних залежностей мікротвердості евтектики і твердості сплаву АК7ч (див. рисунок. 3.13 ... 3.14) від вмісту стронцію спостерігається максимум в інтервалі концентрацій 0,05 ... 0,1% Sr, що, ймовірно, пов'язано з підвищенням ступеня легування -Al-твердого розчину, причому вплив цього фактора переважає над металізацією міжатомних зв'язків у результаті введення стронцію. Збільшення вмісту стронцію до 0,2% призводить до зменшення значень мікротвердості евтектики і твердості сплаву АК7ч у зв'язку з перевагою металізації міжатомних зв'язків при введенні стронцію у зазначеній кількості.

Криві частинних залежностей мікротвердості евтектики і твердості сплаву АК7ч монотонно зростають на всій ділянці концентрацій скандію, що пояснюється як підвищенням легування -Al-твердого розчину скандієм, так і виділенням дрібнодисперсних інтерметалідних фаз, що містять скандій, і мають високі значення твердості [2].

На кривих відносніх залежностей мікротвердості евтектики і твердості сплаву АК7ч від швидкості охолодження при кристалізації спостерігається мінімум при кристалізації зі швидкістю охолодження ~ 100 К/с. Відомо, що при високих швидкостях охолодження, сплави, що схильні до загартування на пересичений твердий розчин, можуть як зміцнюватися, так і знезміцнюватися, залежно від того, який фактор переважає – зміцнення від збільшення ступеня легування пересиченого твердого розчину або знезміцнення від зникнення міжфазних кордонів в результаті розчинення інтерметалідних фаз. Таким чином, у разі швидкостей охлаженія порядку 100 К/с превалює другий чинник – і твердість зменшується, а при подальшому збільшенні швидкості охолодження до 1000 К/с – домінує перший – мікротвердість евтектики і твердість сплаву значно збільшуються.

Хід кривих відносних залежностей характеристик опору пластичній деформації (межа плинності, межа міцності) (див. рис. 3.14 ... 3.16) можна пояснити наступним:

- Добавки стронцію аж до 0,1% монотонно знижують значення межі текучості і межі міцності, що пов'язано, ймовірно, зі збільшенням ступеня металізації міжатомних зв'язків у сплаві АК7ч. Подальше підвищення концентрації стронцію в сплаві призводить до виділення інтерметалідних сполук, що містять стронцій, в результаті чого спостерігається підвищення характеристик міцності сплаву.

- Введення скандію в кількостях до 0,3 % в сплав підвищує значення межі текучості і межі міцності сплаву АК7ч, що пов'язано з виділенням дрібнодисперсних, когерентних матриці виділень Al₃Sc, які перешкоджають руху дислокацій при деформації. Однак, при подальшому збільшенні вмісту скандію в досліджуваному сплаві, спостерігається незначне зниження межі текучості сплаву, що, імовірно, пов'язано зі збільшенням розміру виділень Al₃Sc, а також перекомпенсацією їх зміцнюючого ефекту металізацією міжатомних зв'язків у сплаві. Межа міцності при збільшенні концентрації скандію до 0,5% практично не змінюється – тут позначається компенсація зміцнення від виділень Al₃Sc металізацією міжатомних зв'язків у сплаві.

- Незначне підвищення межі текучості і межі міцності сплаву при збільшенні швидкості охолодження з 6,67*10^-4 К/с (охолодження з піччю) до 6,67*10^-3 К/с (охолодження на повітрі) можна пов'язати з подрібненням евтектичного кремнію і частковим розчиненням інтерметалідних фаз в -Al-твердому розчині, за рахунок чого відбувається збільшення його легування. Підвищення швидкості охолодження до 100 К/с практично не призводить до зміни характеристик міцності з причини взаємокомпенсації від зміцнення твердого розчину за рахунок значного збільшення його легування і знезміцнення від часткового розчинення інтерметалідних фаз. Межа текучості і межа міцності значно зростають при збільшенні швидкості охолодження до 1000 К/с. Це, ймовірно, відбувається з причини подальшого збільшення ступеня легування -Al-твердого розчину при збереженні дисперсійного зміцнення з боку інтерметалідів, особливо Al₃Sc.

Хід кривих відносних залежностей характеристик пластичності (відносне стискання, відносне розширення) (див. рис. 3.17 ... 3.18) ймовірно, пояснюється наступним чином :

- додавання стронцію аж до 0,1 % призводить до поступової металізації міжатомних зв'язків і збільшення диференціювання евтектичного кремнію, у зв'язку з чим пластичність сплаву зростає. Подальше підвищення вмісту стронцію в сплаві АК7ч призводить до його покрихчення, що, ймовірно, пов'язано з погрубінням евтектичного кремнію і виділенням великої кількості фаз, що містять стронцій;

- введення скандію спочатку (до 0,3 %) знижує пластичні властивості сплаву за рахунок виділення дрібнодисперсних, когерентних матриці виділень Al₃Sc. Подальше зростання пластичних властивостей сплаву можна пов'язати з посиленням модифікуючого впливу скандію на евтектичний кремній і інтерметаліди .

- підвищення пластичності зі збільшенням швидкості охолодження до 100 К/с можна пояснити збільшенням диференціювання евтектичного кремнію, частковим розчиненням інтерметалідів і виділенням останніх в компактному вигляді. Однак, подальше покрихчення сплаву (при збільшенні швидкості охолодження до 10³ К/с) пов'язане, ймовірно, з тим, що втрата пластичності від збільшення легування твердого розчину перекомпенсує знезміцнення, пов'язане з розчиненням інтерметалідів і диференціюванням евтектичного кремнію.

Застосування методики поінтервального згортки [ 132 ] даних дозволило врахувати і наочно представити зміна мікротвердості -Al твердого розчину в залежності від кількості стронцію, скандію і швидкості охолодження при кристалізації сплаву (рисунок 3.19) .

Кількість і розташування максимумів на кривих, що імітують функцію щільності розподілу, свідчить про зміну ступеня легування -Al-твердого розчину, що обумовлено фазовими перетвореннями, які реалізуються при кристалізації досліджуваних сплавів. Істотне підвищення мікротвердості -Al-твердого розчину для сплаву № 9 (0,1 % Sr, 0,5 % Sc, Vохл = 6,67 * 10 ^-3К / с) обумовлено, ймовірно, утворенням дисперсних виділень фази Al₃Sc.

а б

в г

д є

ж з

Рисунок 3.19- Згортки мікротвердості -Al твердого розчину сплаву АК7ч:

а-№1, б - №2, в - №6, г - №7, д - №9, е - №12, ж - №15, з - №16