Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Институт механики сплошных сред УрО РАН:
С. Ю. Хрипченко, проф., вед. науч. сотр., эл. почта: sk@icmm.ru
ИМСС УрО РАН, г. Пермь, Россия:
Л. В. Никулин, ст. науч. сотр.
В. М. Долгих, ст. науч. сотр.
С. А. Денисов, ст. науч. сотр.
Исследовано воздействие вращающегося магнитного поля на структуру и свойства слитков небольших габаритов из алюминиево-кремниевого сплава, предназначенных для последующих операций прессования, штамповки и твердо-жидкой формовки. Строение подвергнутых магнитогидродинамическому перемешиванию слитков сопоставляли со строением слитков, не обработанных магнитным полем. Макроструктура необработанного слитка представлена крупными дендритами с удлиненной осью первого порядка (ствол дендрита) и эвтектикой. Наложение магнитного поля вызвало изменение морфологии дендритов: на месте ствола дендрита образовалось компактное зерно, окруженное объемным «кустом» вторичных ветвей, которые в сечении плоскостью шлифа выглядят как совокупность субзерен. В микроструктуре наиболее значимые видоизменения произошли с выделениями кремниевой фазы в эвтектической составляющей. Пластины кремния эвтектической колонии преобразовались в изолированные включения в матрице алюминиевого твердого раствора. Таким образом, под действием вращающегося магнитного поля происходит устранение крупной дендритной структуры, изменение морфологии дендритов и соответствующее измельчение зерна макроструктуры в 2,0–2,5 раза, видоизменение микроструктуры — вторичные ветви дендрита в сечении приобретают округлые очертания, а пластинчатая форма выделений кремния в эвтектических колониях преобразовывается в компактные изолированные включения. Обработка вращающимся магнитным полем служит эффективным способом управления соотношением структурных составляющих в слитке при неизменном химическом составе сплава. Структурные параметры регулируют путем изменения индукции вращающегося магнитного поля. Эксперименты показывают, что МГД-перемешивание расплава при кристаллизации в тигле позволяет создавать необходимое структурное состояние заготовительного слитка перед завершающими операциями штамповки, прессования, твердо-жидкой формовки с применением последующей упрочняющей термической обработки готовых деталей.
Работа выполнена при поддержке субсидии Пермского правительства на реализацию проекта международной исследовательской группы «Магнитогидродинамическое перемешивание жидкого металла и его воздействие на структуру затвердевающих сплавов».
1. Shimaski S., Takado Y., Tanigushi S. Effect of Electromagnetic Stirring on Fabrication of Al – Si Semi-Solid Slurri by the Cup Cast Method // Journal of Iron and Steel Research International. Vol. 19, Supplement 1-1. 2012. P. 191–194.
2. Zhang Y., Fu Y., Wang T., Cao Z., Li T. Microstructure Evolution of Hypoeutectic Al – Si Alloy with Electromagnetic Stirring and Ultrasonic Treatment // Journal of Iron and Steel Research International. Vol. 19, Supplement 1-1. 2012. P. 212–216.
3. Хрипченко С. Ю., Долгих В. М., Денисов С. А., Колесниченко В. И., Никулин Л. В. Формирование структуры и свойств алюминиевых слитков в условиях магнитогидродинамического воздействия // Цветные металлы. 2013. № 4. С. 70–73.
4. Фридляндер И. Н., Сенаторова О. Г., Осинцев О. Е. и др. Цветные металлы и сплавы. Композиционные материалы : энциклопедия. — М. : Машиностроение, 2001. Т. 2–3. — 880 с.
5. Золоторевский В. С., Белов Н. А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. — М. : МИСИС, 2005. — 376 с.
6. Пригунова А. Г., Белов Н. А., Таран Ю. Н. и др. Силумины. Атлас микроструктур и фрактограмм промышленных сплавов : справочник. — М. : МИСИС, 1995. — 175 с.
7. Чернявский К. С. Стереология в металловедении. — М. : Металлургия, 1977. — 280 с.