RU2525872C1 - FORMATION OF MICROSTRUCTURE OF EUTECTIC Al-Si ALLOY - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: alloy is heated to temperature 5-7°C higher than that of alloy eutectic equilibrium. Said alloy are held at said temperature for 120-100 min. Then cooling is performed with furnace to 420-430°C at the r ate of 0.01-0.03 degree/s and cooling in water to the room temperature.

EFFECT: microstructure without silicon needle-like crystals consisting of faceted silicon crystals distributed uniformly in aluminium-based solid solution matrix.

3 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии. Преимущественно изобретение может быть использовано при термической обработке цветного сплава - эвтектического силумина.The invention relates to metallurgy. Advantageously, the invention can be used in the heat treatment of a non-ferrous alloy - eutectic silumin.

Известен способ термической обработки, основой которого является термоциклическая обработка (ТЦО) (Биронт B.C., Аникина В.И., Ковалева А.А. Дилатометрический анализ структурных превращений в алюминиево-кремниевых сплавах при термоциклической обработке // Журнал СФУ; сер. Техника и технологии. 2009. Т.2. Вып.4. С.384-393).There is a known method of heat treatment, the basis of which is thermocyclic treatment (TTZ) (Biron BC, Anikina V.I., Kovaleva A.A. . 2009. V.2. Issue 4. S.384-393).

При ТЦО наблюдается дробление хрупких фазовых составляющих эвтектического кристалла за счет деления на отдельные частицы, распределенные в пластичной матрице твердого раствора на основе алюминия.During SCC, crushing of the brittle phase components of the eutectic crystal is observed due to the division into individual particles distributed in the plastic matrix of the aluminum-based solid solution.

Однако использование ТЦО не позволяет получить в эвтектическом алюминиево-кремниевом сплаве структуру, состоящую из крупных компактных кристаллов кремния равномерно распределенных в твердом растворе на основе алюминия. Кроме того отрицательной стороной ТЦО является большая трудоемкость процесса.However, the use of SCC does not allow one to obtain in a eutectic aluminum-silicon alloy a structure consisting of large compact silicon crystals uniformly distributed in an aluminum-based solid solution. In addition, the negative side of the TCA is the great complexity of the process.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому способу изменения морфологии микроструктуры сплава и расположения в ней эвтектиктических фаз является сфероидизирующий отжиг, осуществляемый при двухступенчатом нагревании (1-я ступень - до температуры, лежащей ниже неравновесного солидуса; 2-я ступень - до температуры ниже равновесного солидуса). Для большинства литейных промышленных силуминов температура равновесного солидуса составляет 500-550°C (Золоторевский В.С., Белов П.А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. - М.: Металлургия. 2005. С.346).The closest set of essential features to the proposed method for changing the morphology of the microstructure of the alloy and the location of the eutectic phases in it is spheroidizing annealing carried out with two-stage heating (1st stage - to a temperature below the nonequilibrium solidus; 2nd stage - to a temperature below equilibrium solidus). For most foundry industrial silumins, the temperature of equilibrium solidus is 500-550 ° C (Zolotorevsky V.S., Belov P.A. Metallurgy of foundry aluminum alloys. - M .: Metallurgy. 2005. P.346).

Основным недостатком известного способа является неполная сфероидизация при нагревании, вызванная наличием гладких поверхностей частиц кремния с пластинчатой морфологией, которую наблюдают в микроскопе в виде иглообразной формы.The main disadvantage of this method is the incomplete spheroidization when heated, caused by the presence of smooth surfaces of silicon particles with lamellar morphology, which is observed under a microscope in the form of a needle-shaped.

Задачей изобретения является получение микроструктуры неэвтектического типа в эвтектическом силумине, которая достигается путем термообработки сплава, включающей нагрев, выдержку и охлаждение. Согласно изобретению нагрев проводят в печи на 5-7°C выше температуры эвтектического равновесия с последующей выдержкой в течение 120-150 мин, затем охлаждают до температуры 420-430°C со скоростью 0,01-0,03 град/с и последующим охлаждением в воде до комнатной температуры.The objective of the invention is to obtain a microstructure of non-eutectic type in eutectic silumin, which is achieved by heat treatment of the alloy, including heating, aging and cooling. According to the invention, the heating is carried out in a furnace 5-7 ° C above the eutectic equilibrium temperature, followed by exposure for 120-150 min, then cooled to a temperature of 420-430 ° C at a rate of 0.01-0.03 deg / s and subsequent cooling in water to room temperature.

Нагревание образца на 5-7°C выше температуры эвтектического равновесия приводит к частичному межфазному оплавлению, а ниже заявленного диапазона температур, не достигается необходимый уровень диффузии для укрупнения кремниевых частиц.Heating the sample 5-7 ° C above the eutectic equilibrium temperature leads to partial interfacial melting, and below the stated temperature range, the necessary diffusion level for the enlargement of silicon particles is not achieved.

Выдержка 120-150 мин обеспечивает протекание контактного плавления в сплаве на межфазных границах. Уменьшение длительности выдержки приводит к структуре игольчатой формы кремниевых кристаллов. Использование более длительного времени выдержки не приводит к значительным результатам изменения в микроструктуре образца.The exposure time of 120-150 min ensures the flow of contact melting in the alloy at the interfacial boundaries. Reducing the exposure time leads to the structure of the needle-shaped form of silicon crystals. The use of a longer exposure time does not lead to significant results in changes in the microstructure of the sample.

Охлаждение с печью до температуры 420-430°C со скоростью 0,01-0,03 град/с приводит к полной гетерогенизации кремния в твердом растворе за счет осуществления диффузионных процессов и формирования в микроструктуре образца компактных ограненных кристаллов кремния.Cooling with an oven to a temperature of 420-430 ° C at a rate of 0.01-0.03 deg / s leads to the complete heterogenization of silicon in the solid solution due to diffusion processes and the formation of compact faceted silicon crystals in the microstructure of the sample.

Охлаждение в воде до комнатной температуры предотвращает диффузионные процессы и позволяет зафиксировать образовавшееся распределение фаз.Cooling in water to room temperature prevents diffusion processes and allows you to fix the resulting phase distribution.

Способ осуществляется следующим образом:The method is as follows:

Отливают образец из сплава Al-11,7% Si (Фиг.1 - микроструктура в литом состоянии, х320) помещают в металлический контейнер и засыпают песком для того, чтобы избежать деформирования и окисления.A sample of Al-11.7% Si alloy is cast (Figure 1 - microstructure in the molten state, x320) is placed in a metal container and covered with sand in order to avoid deformation and oxidation.

Термообработку - нагревание и выдержку - осуществляют при температурах, лежащих в жидкофазной области (фиг.3-а, обозначение 1 на диаграмме равновесия Al-Si), при выдержке продолжительностью 120-150 мин, на межфазных границах происходит преимущественный рост кремниевых кристаллов, путем захвата гетерофазного комплекса атомов кремния.Heat treatment - heating and aging - is carried out at temperatures lying in the liquid phase region (Fig. 3-a, designation 1 on the Al-Si equilibrium diagram), with an exposure time of 120-150 min, silicon crystals predominantly grow at interphase boundaries by trapping heterophase complex of silicon atoms.

Охлаждение с печью до температуры 420-430°С (фиг.3-а, обозначение 2 на диаграмме равновесия Al-Si) приводит к наиболее полной гетерогенизации кремния в твердом растворе. Последующее охлаждение в воде сохраняет в закаленном образце гетерогенную структуру, предотвращая диффузионное перераспределение компонентов.Cooling with an oven to a temperature of 420-430 ° C (Fig. 3-a, designation 2 on the Al-Si equilibrium diagram) leads to the most complete heterogenization of silicon in solid solution. Subsequent cooling in water retains a heterogeneous structure in the quenched sample, preventing the diffusion redistribution of components.

Отличие сфероидизирующего отжига от предлагаемого способа заключается в том, что нагревание образцов и их термообработка происходят при температурах, лежащих в области твердых растворов (фиг.3-б, обозначение 1' и 2' на диаграмме равновесия Al-Si). Именно нагрев выше точки эвтектического равновесия способствует более быстрому прохождению диффузионных процессов, связанных с переносом в жидкофазной области ГФКА кремния из матрицы твердого раствора на основе алюминия.The difference of spheroidizing annealing from the proposed method is that the heating of the samples and their heat treatment occur at temperatures lying in the region of solid solutions (Fig. 3-b, designation 1 'and 2' in the Al-Si equilibrium diagram). It is heating above the eutectic equilibrium point that facilitates the more rapid passage of diffusion processes associated with the transfer of silicon from the matrix of an aluminum-based solid solution in the liquid-phase region of HFCA.

Использование предлагаемого способа позволяет получать микроструктуру, с отсутствием в ней иглообразных кристаллов кремния.Using the proposed method allows to obtain a microstructure, with the absence of needle-shaped silicon crystals in it.

Техническим результатом заявленного изобретения является разделение микроструктуры эвтектического сплава на отдельные составляющие и объединение этих составляющих, в частности, частиц кремния между собой. В структуре эвтектического силумина после предлагаемой термообработки образуются крупные кремниевые кристаллы, практически равномерно распределенные в алюминиевом твердом растворе (микроструктура образца после термообработки, предложенной в изобретении, фиг.2 при - х320).The technical result of the claimed invention is the separation of the microstructure of the eutectic alloy into separate components and the combination of these components, in particular, silicon particles between them. In the structure of eutectic silumin after the proposed heat treatment, large silicon crystals are formed that are almost uniformly distributed in the aluminum solid solution (the microstructure of the sample after the heat treatment proposed in the invention, Fig. 2, at x320).

Claims (1)

Способ термообработки эвтектического алюминий-кремниевого сплава, включающий нагрев, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев проводят в печи до температуры на 5-7°C выше температуры эвтектического равновесия с последующей выдержкой при этой температуре в течение 120-150 мин, затем осуществляют охлаждение с печью до температуры 420-430°C со скоростью 0,01-0,03 град/с с последующим охлаждением в воде до комнатной температуры. A method of heat treatment of a eutectic aluminum-silicon alloy, including heating, aging and cooling, characterized in that the heating is carried out in an oven to a temperature of 5-7 ° C above the eutectic equilibrium temperature, followed by exposure at this temperature for 120-150 minutes, then cooling with an oven to a temperature of 420-430 ° C at a rate of 0.01-0.03 deg / s, followed by cooling in water to room temperature.

Images