Если в двойном Al – Mg сплаве наблюдается характерная для вязкого излома ямочная структура (рисунок 1а), то наиболее вредное влияние фазы Mg2Si связанно растрескиванием иероглифов и образованием несплошностей вдоль межфазной поверхности.[3] В результате на фрактограммах сплавов Al – Mg – Siвидны гладкие участки – следы разрушения по включениям силицида магния (рисунок 1б). Размеры участков скола соответствуют размерам эвтэктических колоний α(Al) + Mg2Si(~70мкм). На ямках скола видны участки без заметных следов пластической деформации и множеством микротрещин. Стенки ямок имеют следы пластической деформации, что свидетельствует о вязком характере микроразрушения в момент слияния пор.
Рисунок 1. Структура поверхности разрушения алюминиевых сплавов с примесями, введенными порознь, РЭМ.
а) Al + 6%Mg; б) Al + 6%Mg + 0,6%Si; в) Al + 6%Mg + 0,6%Fe; г) Al + 6%Mg + 0,6%Cu; д) Al + 6%Mg + 0,5%Ni; е)Al + 6%Mg + 0,6%Mn.
Отрицательное влияние интерметаллидовFeAl3 определяет хрупкий характер излома. На рисунке 1в показан хрупкий участок поверхности разрушения сплава Al + 1%Mg + 1%Fe. Хрупкие включения S – фазы из эвтэктики, по-видимому, разрушаются при небольших напряжениях. Включения S– фазы облегчают (так же) как и Mg2Si распространения основной трещины. Для излома алюминиевомагниевых сплавов с примесью меди наиболее характерны зоны хрупкого разрушения S– фазы в виде скоплений осколков (рисунок 1г) с гладкими поверхностями, граничащие с зонами вязкого разрушения.
Для сплава Al + 6%Mgс примесями цинка, олова, свинца, никеля, марганца (введенными порознь) в целом характерен вязкий излом (рисунок 1 д,е).
Особенность поверхности разрушения сплавов с примесями олова свинца заключается в наличии частиц этих элементов на гребнях деформированной матрицы.
В сплаве с примесью цинка, в следствии того, что уменьшается растворимость магния, объемная доля β– фазы увеличиваются. Соответственно, на поверхности разрушения четко видны фасетки скола, содержащие включения этой хрупкой фазы. Структура излома характеризуется наличием сетки из ямок, образованных в результате слияния микропор.
Поверхность разрушения сплава с примесью никеля показывает, что ямочному разрушению в них предшествовала значительная пластическая деформация матрицы. Зона мягких ямок, по всей видимости, соответствует разрушению по включениям фазы NiAl3. Аналогичный излом имеют сплавы с примесями марганца (рисунок 1 е). Растворимость марганца в алюминии (так же как цинка и в отличии от никеля), вероятно, обеспечивает на структуре излома участки мелких ямок, образованных в результате слияния микропор.
Изучение поверхности разрушения сплава Al + 6%Mgс примесями, введенными совместно на различных уровнях (рисунок 2), показало, что многокомпонентные сплавы имеют более гладкую поверхность излома. Такой вид излома образуется, вероятно, в результате развития трещин по частицам фаз, образованных примесными элементами.
Рисунок 2. Структура поверхности разрушения алюминиевых сплавов с примесями, введенными вместе.
Аналогичный вид разрушения наблюдается у силуминов, задачей изучения которых является повышение их пластичности путем выяснения факторов, определяющих их хрупкость. Изучены особенности строения излома модельных двойных сплавов с 3, 8 и 11% кремния, легированных силуминов и промышленного поршневого вторичного силумина.
Структура излома силуминов тесно связана с морфологией кристаллов кремния (хрупкое разрушение) и эвтектической колонии αAl + Si(вязкое разрушения в области твердого раствора). Дополнительное легирование не меняет характер разрушения силуминов. Увеличения количества легирующих элементов и примесей делает их структуру весьма гетерогенной за счет образования при кристаллизации разнообразных фаз и структурных составляющих. Так, например, в промышленном сплаве АК5М2 обнаружено 10 различных фаз. Это приводит к снижению механических свойств. Поверхность разрушения литых образцов имеет грубый рельеф.
Рисунок 3. Типичные микроструктуры и поверхности излома поршневых силуминов.
а) микроструктура, СЭМ; б, в) фрактограммы (б- литое, в- т/о состояние).
Основная доля излома принадлежит областям скола по кристаллам кремния, и частицам избыточных фаз, интерметаллидов, образованных основными легирующими элементами и примесями. Таким образом, для повышения пластичности силуминов, алюминиевых сплавов из вторичного сырья необходимо каким-то способом уменьшить количество избыточных фаз кристаллизационного происхождения или изменить морфологию их выделений – сделать более компактным. Второе направление повышения пластичности силуминов – изменение внутренней структуры кристаллов алюминиевого твердого раствора, то есть его легированности, морфологии и фазового состава продуктов распада пересыщенного твердого раствора при старении. Оба решения, при их различии между собой, приводят к другому способу облагораживания структуры алюминиевых сплавов, а именно: изменению их химического состава, а значит к оптимизации химического состава существующих и применяемых сплавов или разработки составов новых сплавов из утилизированного сырья.[4]
Список литературы:
- Ботвина Л.Р.Кинетика разрушения конструкционных материалов. М.: Наука , 1989. – 230 с.
- Клевцов Л.Р., Ботвина Н.А., Клевцова Л.В.Разрушения металлических материалов и конструкций.М.: Наука , 2007. – 251с.
- ВладимировВ.И. Физическая природа разрушения материалов.М.: Металлургия, 1984. – 280 с.
- МансуровЮ.Н. Инновации в металлургии. Мн.: Ташкент , 2008. – 198 с.[schema type=»book» name=»СТРУКТУРЫ ИЗЛОМА СПЛАВОВ ПРИ ПЕРЕХОДЕ ОТ ХРУПКОГО В ПЛАСТИЧНОЕ СОСТОЯНИЕ» description=»Термическая обработка приводит к изменениям структуры сплавов, соответственно, изменения структуры сплавов привело к изменениям их механических свойств – заметно повышена пластичность сплавов, что привело к проявлению эффекта упрочнения. Поэтому была поставлена задача по изучению связи характера структуры и механических свойств сплавов.[1] Электронио – фрактографический анализ излома алюминиевых сплавов с примесями, введенными порознь и совместно, позволяет представить причину связи между пластичностью и морфологией частиц, рассмотренных фаз. » author=»Чередник А.С., Мансуров Ю.Н.» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-14″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.05.2015_05(14)» ebook=»yes» ]