ЗМІНА СТРУКТУРИ ТА МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЛИВАРНОГО СПЛАВУ АМ5, ЗМІЦНЕНОГО Zr

Анотація

У роботі досліджено вплив модифікування ливарного сплаву АМ5 Zr, введеним до розплаву у складі флюсової композиції на основі тетрафториду цирконію, на зміну структури та механічних властивостей сплаву. Актуальність дослідження зумовлена потребою у створенні високоякісних сплавів системи Al–Cu з підвищеною міцністю та стабільною мікроструктурою для застосування в авіаційній і автомобільній промисловості. У статті проаналізовано сучасний стан досліджень щодо легування та модифікування сплавів системи Al–Cu, зокрема із застосуванням елементів перехідної групи, та доведено перспективність використання Zr як ефективного модифікатора. Методика досліджень передбачала проведення плавлення сплаву із введенням комплексного флюсу, який являв собою суміш тетрафториду цирконію та фториду літію (співвідношення сполук ZrF₄ та LiF у композиції 1:1,2) при температурах 750 °С та 900 °С із витримкою 15 хв. Для оцінки механічних властивостей використовували випробування на одновісний розтяг стандартних зразків у литому стані та після термічної обробки за режимом Т5. Хімічний склад і мікроструктуру проаналізовано методами енергодисперсійного рентгеноспектрального та рентгенофлуоресцентного аналізу, а також растрової електронної мікроскопії. Для статистичної обробки даних застосовано повний факторний експеримент типу 22 та регресійний аналіз, що дозволяє прогнозувати вплив температури плавлення і концентрації ZrF₄ на показники міцності та пластичності на основі отриманих в даному дослідженні експериментальних результатів. Отримані експериментальні дані переконливо свідчать, що введення Zr до розплаву зумовлює формування інтерметаліду Al₃Zr, який слугує центром кристалізації та перешкоджає росту зерен, забезпечуючи подрібнення структури. Термічна обробка за режимом Т5 сприяє дисперсійному зміцненню сплаву завдяки утворенню дрібних вкраплень фази CuAl₂ та підвищенню однорідності структури. Встановлено, що найкращі механічні характеристики досягаються в результаті введення до розплаву 2 % ZrF₄ при температурі 750 °С у поєднанні з подальшою обробкою за режимом Т5: тимчасовий опір розриванню становить ~365 МПа, що перевищує показники немодифікованого сплаву на 10…20 %. При цьому відносне подовження залишається на рівні ~5 %, тобто зміцнення сплаву не призводить до втрати ним характеристик пластичності. Зроблені висновки підтверджують ефективність використання комплексних флюсів із Zr для модифікування алюмінієвих сплавів, оскільки вони дозволяють одночасно підвищити міцність і зберегти достатній рівень пластичності, що робить можливим їх застосування у відповідальних конструкційних елементах авіаційної та автомобільної техніки.