Алюминиевые сплавы с добавкой церия
Введение
В различных отраслях промышленности имеется повышенный интерес к материалам на основе алюминия. Известно, что сплавы с большим количеством эвтектической составляющей в структуре обладают хорошими литейными свойствами [1]. В работах [2,3] установлено, что и механические свойства этих сплавов тем выше, чем больше в них эвтектики. Эвтектические сплавы в промышленности используют только в основном системы Al-Si (силумины). Но на сегодняшний день есть потребность в более прочных и жаропрочных материалах. Зарубежные исследователи, все чаще, стали публиковать работы по изучению алюминиевых сплавов, легированных РЗМ [4,5]. Сплавы с никелем и церием показывают лучшие показатели жаропрочности и других свойств, но из-за высокой стоимости, содержание их в промышленных сплавах не должно быть велико. Поэтому актуальной задачей становится разработка жаропрочного сплава на основе новой системы легирования с добавками церия.
Содержание:
Введение……………………………………………………………………...4
1. Теоретическая часть………………………………………………………5
2. Результаты исследований структуры и свойств алюминиевого сплава системы Al-Ca-Ce-Ni…………………………..
2.1. Методика эксперимента……………………………………………
2.2. Структура сплавов системы Al-Ce-Ca-Ni…………………………
2.3. Механические свойства горячекатаных образцов сплава Al-2Ce- 6Ca-3Ni…………………………………………………………………..
Заключение………………………………………………………………
Список использованной литературы…………………………………..
Список использованной литературы:
1. Золоторевский В.С., Белов Н.А/ Металловедение литейных алюминиевых сплавов - М,:МИСиС, 2005, 376 с.
2. Добаткин В. И., Елагин В. И., Федоров В. М. – Быстрозакристаллизованные алюминиевые сплавы. – М.: ВИЛС, 1995, 245с.
3. Строганов Г.Б., Ротенберг В.А., Гершман Г.Б. Сплавы алюминия с кремнием. - М.: Металлургия, 1977.-272 с.
4. Z.C. Sims, D. Weiss, S.K. McCall, M.A. McGuire, R.T. Ott, T. Geer, O. Rios, P.A.E. Turchi Cerium-based, intermetallic-strengthened aluminum casting alloy: high-volume co-product development // JOM (Journal of the Minerals, Metals & Materials Society), 2016, DOI: 10.1007/s11837-016-1943-9
5. Z.C. Sims, O. Rios, S.K. McCall, T. Van Buuren, R.T. Ott Characterization of near net-shape castable rare earth modified aluminum alloys for high temperature application E. Williams (Ed.), Light Met. 2016, P. 111-114
6. Gorbunov J.A. The Role and Prospects of Rare Earth Metals in the Development of Physical-Mechanical Characteristics and Applications of Deformable Aluminum Alloys // Journal of Siberian Federal University, Engineering & Technologies – 2015. – №5 (8) – P. 636-645.
7. Белов Н.А. Фазовый состав промышленных и перспективных алюминиевых сплавов – М.: Издательский Дом МИСиС, 2010.
8. Бернгардт В. А., Федорова О. В. Исследование влияния циркония и РЗМ на структуру и свойства алюминиевой катанки // Сборник научных трудов III международной научной школы для молодежи «Материаловедение и металлофизика легких сплавов». – Екатеринбург: УрФУ, 2014. – С. 50-55.
9. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3т.: Т.1/ Под общ. ред. Н.П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 1996.
10. Mondolfo L.F. Aluminum alloys: structure and properties. – London/Boston: Butterworths, 1976.
11. Nikolay A. Belov, Evgeniya A. Naumova, Dmitriy G. Eskin Casting alloys of the Al-Ce-Ni system microstructural approach to alloy design. // Materials science and engineering. A. Structural Materials: Properties, Microstructure and Processing. A271. 1999. p. 134-142.
12. Белов Н.А., Наумова Е.А. Структура и свойства литейных сплавов на основе системы алюминий-церий. // Перспективные материалы. №6, 1999 г., с.47-56.
13. Cao Z., Kong G., Che Ch. e.a. Experimental investigation of eutectic point in Al-rich Al-La, Al-Ce, Al-Pr and Al-Nd systems // Journal of rare earth. – 2017. V.35 (10). – P. 1022-1028.
14. Plotkowski A., Rios O., Sridharan N. e.a. Evaluation of an Al-Ce alloy for laser additive manufacturing // Acta Materialia. – 2017. – V.126. – P. 507-519.
15. Советский энциклопедический словарь/Гл. ред. А.М. Прохоров. – С56 3-е изд.- М.: Сов. Энциклопедия, 1984.
Проведение исследования структуры сплавов Al-Ce-Ca-Ni обнаружило существенное различие от полученных данных расчета (рис.6). Как известно из более ранних работ [11,12], при скоростях охлаждения, реализуемых в подобных экспериментах (около 20 К/с), фазовая область алюминиевого твердого раствора расширяется. Учитывая, что в сплаве должна быть эвтектическая структура, выбрали сплав из области первичной кристаллизации фазы Al3Ni состава Al-2Ce-6Ca-3Ni (рис.6). Структура сплава, в соответствии с предположением, не содержала первичных кристаллов и состояла из эвтектики с весьма тонким строением (частицы интерметаллидов не более 1-4 мкм) (Рис.7а). Сплав переплавили и медленно охладили вместе с печью. На рис.7 представлена структура, которая получена при медленном охлаждении сплава. По предоставленным данным МРСА она содержит довольно высокое количество светлых равноосных кристаллов Al9Ni2Ca (табл.2). В соединении растворяется незначительное количество церия, но из элементов, образующих эвтектику, ни один не растворяется в твердом растворе алюминия. Из-за того, что программа Thermo-Calc не учитывает наличие тройных соединений, поверхность ликвидус в области алюминиевого угла должна выглядеть иначе, не так, как показывает расчет.