satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical Universitysat-792Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGСТРУКТУРА БЫСТРОЗАКАЛЕННЫХ ЛЕНТ ПОСЛЕ ЕСТЕСТВЕННОГО СТАРЕНИЯSTRUCTURE OF RAPIDLY QUENCHED RIBBONS AFTER NATURAL AGINGhttps://orcid.org/0000-0001-7863-188XКалиниченкоА. С.KalinichenkoA. S.

Professor, PhD in Engineering

akalinichenko@bntu.byКукарекоВ. А.KukarekoV. A.

Доктор физико-математических наук

Professor, PhD in Physics and Mathematics

akalinichenko@bntu.byКалиниченкоВ. А.KalinichenkoV. A.

Кандидат технических наук

akalinichenko@bntu.byБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarusОбъединенный институт машиностроения НАН БеларусиБеларусьJoint Institute of Mechanical Engineering, National Academy of Sciences of BelarusBelarus20152703201501Серия 1. Машиностроение1419Copyright © Калиниченко А.С., Кукареко В.А., Калиниченко В.А., 20152015Калиниченко А.С., Кукареко В.А., Калиниченко В.А.Kalinichenko A.S., Kukareko V.A., Kalinichenko V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/792

Затвердевание сплавов при высоких скоростях охлаждения приводит к существенным изменениям структуры и фазового состава. Появляются условия для значительного расширения области твердой растворимости, существенного измельчения зерна, формирования метастабильных фаз или аморфного состояния. Как результат, в быстрозакаленных сплавах можно получить уникальные сочетания физико-механических и других свойств. несомненный научный и практический интерес представляет собой применение процессов закалки из жидкого состояния для алюминиевых сплавов с целью повышения их физико-механических свойств.

Поскольку структура таких сплавов крайне нестабильна с термодинамической точки зрения, то важным моментом является изучение временной стабильности микроструктуры и фазового состава быстрозакаленных алюминиевых сплавов различного химического состава. Исследовано влияние различных легирующих элементов на структуру, фазовый состав и дюрометрические характеристики алюминиевых фольг, полученных путем разливки жидкого алюминиевого сплава на диск, вращающийся с различной скоростью. Для изучения структуры и фазового состава использовали оптическую и электронную микроскопию, а также рентгеноструктурный анализ. Показано, что легирование алюминия медью приводит к увеличению его микротвердости до 130–160 HV0,01, а при легировании хромом и цирконием – до 60–80 HV0,01, а повышение количества легирующих составляющих в расплаве на основе алюминия (сплав системы Al–Cu) приводит к росту количества выделившихся частиц CuAl2 и сопровождается увеличением микротвердости алюминиевых фольг. Увеличение скорости охлаждения алюминиевого расплава системы Al–Cr–Zr сопровождается диспергированием структуры, что приводит к возрастанию микротвердости получаемых фольг. На основании полученных результатов выбраны оптимальное процентное содержание легирующих добавок и скорость вращения диска, обеспечивающие наиболее высокие дюрометрические свойства алюминиевых фольг.

Alloy solidification at high cooling rates leads to significant changes in structure and phase composition. Conditions appear for a significant extension of solid solubility, grain refining, and formation of metastable phases or amorphous state. Due to this it is possible to obtain  unique combinations of physical, mechanical and other properties in rapidly quenched alloys. Undoubted scientific and practical interest is an application of  quenching processes from a liquid state for aluminum alloys with the purpose to improve their physical and mechanical properties.

As the structure of such alloys is extremely unstable from a thermodynamic point of view the important issue is to study  temporal stability of the microstructure and phase composition of rapidly quenched aluminium alloys of various chemical composition. The paper has investigated an influence of various alloying elements on the structure, phase composition and durometric properties of aluminum foils obtained by liquid aluminum alloy melt-spinning on the disk rotating with various speed. Optical and electron microscopy  has been used to study structure and phase composition as well as X-ray structural analysis. It has been shown that alloying of aluminium with copper leads to an increase in micro-hardness up to 130–160 HV0.01, and alloying with chromium and zirconium provides micro-hardness up to 60–80 HV0.01. It has been shown that increasing in amount of alloying additions in the aluminum melt (Al–Cu system alloy) rises the number of CuAl2 precipitates and is accompanied with an increase in micro-hardness of aluminum foils. An increase in cooling rate of the aluminum melt (Al–Cr–Zr system) is accompanied with structure dispersion which increases micro-hardness of the casted foils. The obtained results have made it possible to establish the optimal percentage of alloying elements and the disk rotation speed providing the highest level of aluminium foils’ durometric properties.

алюминиевая фольгалегирующие элементывращающийся дискфазовый составмикротвердостьaluminum foilalloying elementsrotating diskphase compositionmicro-hardnessReferencesКалиниченко, А. С. Управляемое направленное затвердевание и лазерная обработка : теория и практика / А. С. Калиниченко, Г. В. Бергманн. – Минск : Технопринт, 2001. – 362 с.Kalinichenko, A. S., Bergmann, G. V. (2001). Controlled directional solidification and laser treatment: theory and practice. Minsk, Tekhnoprint. 362 p. (in Russian).Rapidly Solidified Aluminum Alloys [Electronic resource]. – Mode of access: / http://www.keytometals.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=ktn&NM=133. – Date of access: 06.11.2014.Rapidly Solidified Aluminum Alloys. Available at: http://www.keytometals.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=ktn&NM=133 (accessed 6 November 2014).Effect of Rapid Solidification on Structure and Mechanical Properties of Al–6Mn–3Mg alloy / P. Lobry [et al.] // Archives of Material Science and Engineering. – 2011. – Vol. 49, Iss. 2. – P. 97–102Lobry, P., Blaž, L., Sugamata, M., Kula, A. (2011). Effect of Rapid Solidification on Structure and Mechanical Properties of Al–6Mn–3Mg alloy. Archives of Material Science and Engineering, 49 (2), 97–102.Krainikov, A. V. Rapidly Solidified High-Temperature Aluminum Alloys. 1. Structure / A. V. Krainikov, O. D. Neikov // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. – 2012. – Vol. 51, No 7–8. – P. 399–403.Krainikov, A. V., Neikov, D. (2012). Rapidly Solidified High-Temperature Aluminum Alloys. 1. Structure. Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 51 (7–8), 399–403. doi: 10.1007/s11106-012-9448-8.Structure of rapidly solidified Al–Fe–Cr–Ce Alloy / A. Michalkova [et al.] // Key Engineering Materials. – 2011. –Vol. 465. – P. 199–202.Michalkova, A., Vojtech, D., Novák, P., Procházka, I., Cížek, J., Drahokoupil, J., Wienerová, K., Saksl, K., Rokicki, P., Spotz, Z. (2011). Structure of rapidly solidified Al–Fe–Cr–Ce Alloy. Key Engineering Materials, 465, 199–202. doi: 10.4028/www.scientific.net/KEM.465.199.Structure of rapidly solidified Aluminium-based Alloy [Electronic resource] / A. Michalkova [et al.]. // Metal 2010, Proceedings of the 19th International Conference on Metallurgy and Materials, Roznov pod Radhostem, Ceska Republika, 18.-20.05. 2010. - Mode of access: www.metal2014.com/files/proceedings/metal_10/lists/papers/80.pdf. – Date of access: 06.11.2014.Michalkova, A., Vojtech, D., Novák, P., Bezdi?ka, P., Klementová, M., Drahokoupil, J., Saksl, K., Spotz, Z., Rokicki, P., Siemers, C. (2010). Structure of rapidly solidified Aluminium-based Alloy. Metal 2010, Proceedings of the 19th International Conference on Metallurgy and Materials, Roznov pod Radhostem, Ceska Republika, 18.-20.05. 2010. Available at: www.metal2014.com/files/proceedings/metal_10/lists/papers/80.pdf (accessed 6 November 2014).Калиниченко, А. С. Применение неравновесных процессов затвердевания для получения материалов с улучшенными свойствами / А. С. Калиниченко // Литье и металлургия. – 2010. – № 4. – С. 49–54.Kalinichenko, A. S. (2010). Application of solidification non-equilibrium processes for obtaining materials with improved properties. Litio i Metallurgia [Foundry and Metallurgy], 4, 49–54 (in Russian).Филонов, М. Р. Аморфные и нанокристаллические материалы, полученные закалкой из расплавов : учеб.-метод. комплекс дисциплины / М. Р. Филонов, Ю. В. Конюхов. – М. : Изд. Дом МИСиС, 2010. – 184 с.Filonov, M. R., Koniukhov, Yu. V. (2010). Amorphous and nanocrystalline materials obtained with the help of melt quenching. Moscow, MISIS Publishing House. 184 p. (in Russian).Вьюгов, П. Н. Металлические стекла / П. Н. Вьюгов, А. Е. Дмитренко // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники – 2004. – № 6. – С. 185–191.Vyugov, P. N., Dmitrenko, A. E. (2004). Metallic glasses. Voprosy atomnoy nauki i tekhniki. Seriia: Vakuum, chistye materialy, sverkhprovodniki [Issues on atomic science and technology. Series: Vacuum, pure materials, superconductors], 6 (14), 185–191 (in Russian).Структура и фазовый состав быстроохлажденных сплавов / П. А. Пархутик [и др.] // Физика металлов и сплавов. – 1990. – № 8. – С. 162–168.Parkhutik ,P. A., Kalinichenko, A. S., Kupriianova, I. Iu., Chebot'ko, I. S., Antonevich, M. A., Savitskaia, E. V. (1990). Structure and phase composition of quick-cooled alloys. Fizika metallov i splavov [Physics of Metals and Alloys], 8, 162–168 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.