ІНСТИТУТ МЕТАЛОФІЗИКИ ім. Г.В. КУРДЮМОВА

НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

СУЛЬЖЕНКО Ольга Валеріївна

УДК 536;669.715

ТЕРМОДИНАМІЧНИЙ АНАЛІЗ ФАЗОВИХ РІВНОВАГ І СТРУКТУРА АЛЮМІНИЄВИХ СПЛАВІВ З МАГНІЄМ, КРЕМНІЄМ ТА ГЕРМАНІЄМ

01.04.13 - фізика металів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Київ – 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова

НАН України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Барабаш Олег Маркович,

Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова

НАН України, завідувач лабораторією

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук Іванченко Володимир Григорович, Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, завідувач відділу

доктор фізико-математичних наук, професор Платков Валерій Якович, Харківський державний економічний університет, завідувач кафедри

Провідна установа: Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича, відділ фізики міцності та пластичності матеріалів, НАН України, м. Київ

Захист відбудеться -червня 2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.168.01 при Інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України за адресою: 03680, Київ-142, пр. Вернадського, 36.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України за адресою: 03680, Київ-142,

пр. Вернадського, 36.

Автореферат розісланий 26 травня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої

ради, доктор фізико-математичних наук________________ ПІЩАК В.К.

З А Г А Л Ь Н А Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А Р О Б О Т И

Актуальність теми. Діаграми стану являють собою основу, на якій базується створення нових конструкційних і функціональних матеріалів з різноманітними сполученнями властивостей.

Труднощі експериментальної побудови діаграм фазових рівноваг швидко збільшуються з переходом від бінарних систем до систем з трьома і більшим числом компонентів.

В цьому зв'язку представляє інтерес розвиток методів термодинамічних розрахунків фазових рівноваг в багатокомпонентних системах, заснованих на фізичних модельних уявленнях про рідкі та тверді розчини, упорядковані фази і сполуки. Важливе місце в таких методах займає оцінка термодинамічних властивостей компонентів і параметрів взаємодії атомів у розчинах та сполуках.

Значна частина дисертаційної роботи присвячена розвитку метода побудови діаграм стану і термодинамічному аналізу фазових рівноваг у системах на основі алюмінію з магнієм, кремнієм і германієм.

Сплави на основі цих систем можуть мати практичний інтерес. Так відомо, що алюмінієві сплави, які застосовуються у виробництві двигунів внутрішнього згоряння і призначені для довгострокової роботи в умовах механічного і теплового навантаження, повинні мати високу міцність і задовольняти вимозі якісного заповнення форми при литті деталей. Таким вимогам відповідають евтектичні сплави, які становлять основу трьох великих груп алюмінієвих сплавів, які застосовуються у машинобудуванні.

Це група силумінів на основі подвійної евтектичної системи Al-Si; група магналіїв на основі системи Al-Mg і група сплавів потрійної системи Al-Mg-Si, склади яких лежать в області стехіометричного перетину Al - Mg2Si, а сумарний вміст магнію і кремнію не перевищує 3.5 мас.%.

Ведеться інтенсивна дослідницька робота, спрямована до подальшого удосконалювання складів цих сплавів, технології їх виробництва і термічної обробки (у першу чергу в США, Англії, Норвегії), що приносить певні успіхи.

Водночас представляється можливим досягти більш значного поліпшення властивостей (насамперед підвищення робочої температури) сплавів шляхом переходу до потрійних і четверних систем, в яких існують області квазібінарних фазових рівноваг алюмінієвих твердих розчинів з інтерметалідними фазами з високою температурою плавлення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася відповідно до держбюджетної теми: "Вивчення закономірностей формування орієнтованих структур при спрямованої кристалізації багатокомпонентних евтектичних сплавів на основі нікелю та алюмінію" (номер державної реєстрації 0197U0009240).

Метою дисертаційної роботи є визначення фізичних закономірностей формування двофазних евтектичних сплавів (Al + інтерметалід) з високою температурою плавлення, малим температурним інтервалом кристалізації і значною об'ємною долею інтерметалідної фази в евтектичній структурі.

Основною задачею роботи є дослідження фазових рівноваг в системах Al-Mg-Si, Al-Mg-Ge, Al-Mg-Si-Ge у тих частинах, що відносяться до фазових рівноваг LAl+Mg2Si, LAl+Mg2Ge, LAl+Mg2(SixGe1-x).

Для вирішення задачі дослідження в роботі розвинуто метод термодинамічного розрахунку фазових рівноваг у трьох- і чотирьохкомпонентних системах сплавів, в якому необхідні для розрахунку параметри взаємодії атомів у твердих розчинах і сполуках визначалися з використанням вже відомих діаграм граничних подвійних систем. Результати термодинамічного прогнозу фазових рівноваг перевірялися шляхом експериментального дослідження діаграм плавкості зазначених систем сплавів методами термічного аналізу і металографії.

Наукова новизна одержаних результатів. З використанням розвинутого у роботі методу термодинамічного розрахунку фазових рівноваг у потрійних і четверних системах сплавів на основі алюмінію, уточнено алюмінієвий кут діаграми стану системи Al-Mg-Si і вперше розрахована діаграма плавкості Al-Mg-Ge в області сплавів, багатих алюмінієм.

Встановлена нова особливість діаграм стану систем Al-Mg-Si і Al-Mg-Ge пов'язана з незбігом квазібінарних перетинів Al - Mg2Si і Al - Mg2Ge з відповідними стехіометричними розрізами. Показано, що ця особливість є наслідком асиметрії поверхні ліквідус LAl щодо стехіометричних розрізів і обумовлена різною розчинністю компонентів в алюмінієвому розплаві.

Теоретично й експериментально уточнене положення лінії моноваріантного евтектичного перетворення LAl+Mg2Si у потрійній системі сплавів Al-Mg-Si і визначені температурно-концентраційні умови його протікання.

Вперше встановлено межі області сплавів системи Al-Mg-Si, у яких при кристалізації з рідкого стану утворюється двофазна регулярна структура (Al+Mg2Si). Показано, що ця область не містить стехіометричний розріз Al-Mg2Si і в структурі литих сплавів, склади яких належать до стехіометричного розрізу, присутня легкоплавка потрійна евтектика (Al+Mg2Si+Si).

Вперше розраховано фрагменти діаграми стану четверної системи Al-Mg-Si-Ge.

Запропоновано склад евтектичного сплаву, перспективного для розробки на його основі нових конструкційних матеріалів.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані дані про фазові рівноваги у системах Al-Mg-Si, Al-Mg-Ge і Al-Mg-Si-Ge можуть бути використані для обгрунтування і вибору елементного складу сплавів з високими механічними властивостями, як при звичайних, так і при підвищених температурах.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок дисертанта полягає в розвитку методу (включаючи пакет програм і відповідну базу даних) для комп’ютерного моделювання діаграм стану потрійних та четверних систем; теоретичному дослідженні фазових рівноваг у системах Al-Mg-Si, Al-Mg-Ge та Al-Mg-Si-Ge; а також у плануванні, виконанні та обробці результатів переважної більшості експериментальних досліджень, зокрема, в комплексному експериментальному дослідженні фазових рівноваг в сплавах системи Al-Mg-Si; вивченні закономірностей утворення евтектичної (Al + Mg2Si) структури; дослідженні впливу легування цинком на структуру і властивості базового евтектичного (Al + Mg2Si) сплаву.

Апробація результатів дисертації. Основні матеріали роботи доповідалися на Меморіальнім симпозіумі академіка В.Н. Гриднева "Металлы и сплавы: фазовые превращения, структура, свойства” (м. Київ, 1998р.),

5- ій Міжнародній конференції "Євтектика V" (м. Дніпропетровськ, 2000 р.),

та Міжнародній конференції “New Materials and New Technologies in New Millennium”(м.Алушта, 2000р.).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 3 наукові праці у фахових журналах.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел, що містить 81 посилання. Робота викладена на 118 сторінках, включаючи 50 малюнків і 17 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладено актуальність теми, обгрунтовано вибір системи сплавів для дослідження, сформульовано мету та задачі дослідження, наукову новизну та практичну цінність.

Перший розділ дисертації присвячений огляду робіт, у яких наведені діаграми стану систем сплавів, утворених елементами Al, Mg, Si і Ge. Розглянуто термодинамічні методи, що застосовуються для розрахунку фазових рівноваг. Проаналізовано загальні властивості діаграм стану потрійних систем з подвійною проміжною фазою, що плавиться конгруентно, а також умови протікання моноваріантного евтектичного перетворення розплав твердий розчин + проміжна фаза. У огляді розглядаються принципи розробки високоміцних сплавів на основі алюмінію.

У другому розділі дисертації описано методику виготовлення сплавів для проведення досліджень та експериментальні методи, які було використано. Серед них розроблений в Інституті металофізики метод термічного аналізу, яким визначали температури початку та кінця плавлення з точністю 5C, стандартні методики металографічних досліджень, механічні випробування на розтяг та мікротвердість по Віккерсу.

Третій розділ присвячений опису методу розрахунків фазових рівноваг, та обговоренню результатів розрахунків.

Діаграми стану можуть бути розраховані, якщо є необхідні дані про термодинамічні властивості усіх фаз, що утворюються даними компонентами. Основу розрахунків складають умови рівності парціальних вільних енергій (хімічних потенціалів) компонентів в усіх фазах, що знаходяться у рівновазі при постійних температурі і тиску.

Умови рівноваги фаз 1, 2,... m у n-компонентній системі мають вигляд:

де

,

- парціальна вільна енергія компонента n у фазі m, сi. сj – концентрації i-го і j-го компонентів, відповідно, - вільна енергія фази m.

Для опису вільної енергії фаз, що можуть існувати в досліджуваних системах використовувалася модель регулярних розчинів. Відповідно до цієї моделі, вільну енергію однофазного розчину, що має структуру і складається з n сортів атомів, можна записати у вигляді:

,

де - вільна енергія чистого компоненту i, який знаходиться у модифікації з структурою , Wij – параметр парної взаємодії атомів компонентів i та j у фазі з структурою .

Цей вираз використовувся для обчислення вільної енергії, як твердих розчинів, так і розплаву.

Проміжні сполуки вважалися лінійними (такими що не мають області гомогенності) і повністю впорядкованими. Тому ентропія змішування (другий доданок формули (3)) дорівнювала нулю і вираз для вільної енергії подвійних проміжних сполук, які утворюються в досліджуваних системах, спрощувався до вигляду:

,

де с* - концентрація компонента j, при якій утворюється проміжна сполука .

Після послідовної підстановки (3) і (4) в (2), а потім (2) в (1) одержуємо систему нелінійних рівнянь, які пов'язують концентрації компонентів у фазах, що знаходяться у рівновазі. Цю систему рівнянь вирішували чисельно за допомогою ітераційної техніки Ньютона-Рефсона.

Оцінка параметрів парної взаємодії важливий етап у розрахунку фазових рівноваг. Особливістю нашого підходу є те, що необхідні для розрахунку трьох- і чотирьохкомпонентних систем параметри парної взаємодії, ми знаходили, використовуючи вже дослідженні експериментальні діаграми стану граничних бінарних систем. Для цього вирішувалась обернена задача, у якій рівняння (1), записані для подвійних систем, розв'язувались відносно параметрів парної взаємодії атомів по відомих концентраціях компонентів у фазах, що знаходяться у рівновазі при визначених температурах.

Параметри взаємодії пар атомів магнію і кремнію та магнію і германію, для яких спостерігалась температурна залежність, визначали у формі (a + bТ), де a, b – постійні величини. Параметри взаємодії інших пар атомів були температурно незалежні.

Для вільних енергій чистих компонентів у різних модифікаціях використовували величини, відомі з літературних джерел.

Таким чином була сформована база даних термодинамічних параметрів, яка дала змогу розрахувати фазові рівноваги у системах Al-Mg-Si, Al-Mg-Ge та Al-Mg-Si-Ge.

Встановлено, що концентраційні залежності температур початку і кінця кристалізації сплавів Al-Mg-Si, склади яких лежать на лінії моноваріантного евтектичного перетворення LAl+Mg2Si, мають спільний максимум (мал.2). Сплав, що відповідає перевальній точці ео (точка максимуму) плавиться при постійній температурі (Т=591С) подібно до евтектичного сплаву подвійної системи (мал.3а). При цій температурі поверхні ліквідус LAl і LMg2Si торкаються одна одної в точці ео, і коноди, з'єднуючі фігуративні точки складів фаз, що знаходяться в рівновазі LAl, LMg2Si і AlMg2Si лежать на однієї прямій (мал.1г), що дозволяє провести через цю пряму квазібінарний перетин діаграми стану Al-Mg-Si. Новою встановленою особливістю цієї діаграми є те, що квазібінарний перетин Al - Mg2Si не збігається зі стехіометричним перетином Al - Mg2Si і зміщений відносно нього до області сплавів збагачених магнієм (мал.1). Стехіометричний перетин діаграми стану Al - Mg - Si подано на мал.3б Евтектичний сплав, який належить до цього перетину відповідно до розрахунку плавиться в інтервалі температур 578-587 С.

Мал.1. Алюмінієвий кут діаграми стану системи Al – Mg – Si: проекції поверхонь ліквідус (а), солідус (б), сольвус (в) та ізотермічний перетин при Т=591С (г):

1 – стехіометричний розріз Al-Mg2Si; 2 – квазібінарний розріз (Al +2.14 ат.%Mg) – Mg2Si.

Mал.2.Температурно-концентраційні умови протікання моноваріантного евтектичного перетворення LAl + Mg2Si. Теп. кр, Тек. кр - температури початку і кінця евтектичної кристалізації сплавів, склади яких належать до лінії моноваріантного евтектичного перетворення LAl+Mg2Si.

Mал.3. Політермічні перетини діаграми стану Al-Mg-Si:

а) квазібінарний (Al +2.14 ат.%Mg) – Mg2Si (суцільна лінія - результат розрахунку, пунктир єднає експериментальні дані );

б) стехіометричний Al – Mg2Si.

Комп’ютерне дослідження зміни топології поверхонь ліквідус при віртуальному варіюванні параметрів взаємодії показало, що незбіг квазібінарного перетину із стехіометричним розрізом Al-Mg2Si є слідством асиметрії поверхні ліквідус L-Al відносно цього розрізу і обумовлений

різною розчинністю магнію і кремнію в алюмінієвому розплаві. Ця особливість має загальний характер і має поширюватись на всі системи, у яких існує квазібінарний розріз між інтерметалідом та металевим твердим розчином і розчинність компонентів у розплаві металу-основи помітно відрізняється. Зокрема, така особливість діаграми стану спостерігалась також у системі сплавів Al - Mg - Ge ( мал. 4).

Мал.4. Фрагмент діаграми плавкості системи сплавів Al-Mg-Ge:

1 - стехіометричний розріз Al - Mg2Ge;

2 – квазібінарний розріз Al - Mg2Ge.

Встановлено, що температури плавлення евтектичних сплавів eo квазібінарних перетинів Al-Mg2Si (591С) і Al-Mg2Ge(623С) суттєво вищі від температур подвійних евтектик Al+Al3Mg2, Al+Ge та Al+Si, які дорівнюють, відповідно, 448С, 424С та 577С. В четверній системі Al-Mg-Si-Ge при збільшенні концентраційного відношення германію до кремнію від 0 до 1 максимальна температура плавлення евтектичних сплавів Al+Mg2(SixGe1-x) зростає від 591С до 602С, а частка інтерметаліду Mg2(SixGe1-x) в складі евтектики знижується від 4.12 мол.% (13.1 об.%) до 3.4 мол.% (10.8 об.%). Перший фактор є корисним для розробки жароміцних алюмінієвих сплавів, другий фактор небажаний, оскільки високомодульні інтерметалідні волокна і пластини відіграють роль фази, що зміцнює евтектичні сплави на основі алюмінію.

Четвертий розділ присвячений експериментальній перевірці термодинамічного прогнозу фазових рівноваг у системі Al - Mg - Si.

Мікроструктурні дослідження в комплексі з термічним аналізом дозволили побудувати лінію моноваріантного евтектичного перетворення L-Al + Mg2Si (мал.6а) і квазібінарний перетин (мал.3а). Координати перевальної точки ео відповідають 9.58 ат.% магнію та 3.84ат.% кремнію (CMg/CSi=2.49) і температурі 597C, що співпадає з результатами розрахунку у межах експериментальної точності визначення температури евтектики.

Мал. 5. Температура (а) та координата (б) перевальної точки ео в залежності від співвідношення концентрацій германію та кремнію в чотирьохкомпонентній системі Al-Mg-Si-Ge.

Мікроструктурні дослідження встановили, що евтектичні сплави Al+Mg2Si відносяться до класу грановано-неогранованих евтектик. Ріст евтектичної колонії цих сплавів починається з утворення і росту огранованого кристалу Mg2Si, з вершин та ребер якого з'являються відростки, з яких потім розвивається власне евтектична колонія, що являє собою бікристальне утворення з волокон і пластин Mg2Si, регулярним способом розміщених в алюмінієвій матриці сплавів (мал.7).

Mал.6. Температурно-концентраційні умови протікання моноваріантного евтектичного перетворення LAl + Mg2Si:

а) проекція лінії евтектичного перетворення L-Al + Mg2Si на площину концентраційного трикутника Al - Mg - Si (суцільна лінія - результати розрахунку, пунктирна лінія - лінія, побудована по експериментальних даних; - склади досліджуваних сплавів):1 - стехіометричний розріз Al - Mg2Si; 2 - квазібінарний розріз (Al +2.14 ат. %Mg) - Mg2Si; 3 - проекція двофазної області (Al + Mg2Si) при швидкості охолодження <1град/хвл; 4 - проекція області литих сплавів із двофазною Al + Mg2Si структурою;

б) температури початку (Тп.пл) і кінця плавлення (Тк.пл) сплавів, склади яких належать лінії моноваріантного евтектичного перетворення LAl+Mg2Si.

Відхилення складів евтектичних сплавів від точки ео як в одну, так і в іншу сторону уздовж лінії моноваріантного евтектичного перетворення L-Al + Mg2Si супроводжується зниженням температури та збільшенням температурного інтервалу плавлення. При цьому двофазна евтектична структура Al+Mg2Si зберігається у межах деякої області (мал.6а). Поза межами цієї області у структурі сплавів з'являється або потрійна евтектика L-Al + Mg2Si + Si (мал.7 д) з температурою плавлення 555С (при зменшенні відношення CMg/CSi), або потрійна евтектика L-Al + Mg2Si + Al3Mg2 (мал.7 г) з температурою плавлення 448C (при збільшенні відношення CMg/CSi).

Межі двофазної області уздовж лінії моноваріантного евтектичного перетворення L-Al + Mg2Si, визначені експериментально(CMg/CSi від 2.3 до 8.1; мал.6а), співпадають з теоретично розрахованими (CMg/CSi від 1.9 до 8.1; мал.2), якщо швидкість охолодження сплаву в інтервалі температур 591-448C не перевищує 1град./хвил. Із збільшенням швидкості охолодження (литво у мідну форму) двофазна область звужується до меж CMg/CSi від 2.4 до 3.0 (мал. 6а,б) внаслідок ліквації.

Мал. 7. Структури сплавів системи Al – Mg – Si:

a) (-Al + Mg2Si); б) (-Al + Mg2Si)+(-Al); в) (-Al + Mg2Si)+( Mg2Si); г) (-Al + Mg2Si)+ (-Al + Mg2Si + Al3Mg2); д) (-Al + Mg2Si)+ (-Al + Mg2Si + Si); е) евтектичний (-Al + Mg2Si) сплав після легування.

Порівняння результатів термодинамічного розрахунку і експериментального дослідження фазових рівноваг в системі сплавів Al-Mg-Si показало, що розвинутий метод побудови діаграм стану багатокомпонентних систем на основі алюмінію дає можливість одержати не тільки якісний, а значною мірою і кількісний прогноз фазових рівноваг.

Базуючись на результатах виконаних досліджень запропоновано концентраційні інтервали складів сплавів, які можуть бути основою для розробки нових конструкційних матеріалів.

У п'ятому розділі розглянутий конкретний приклад конструювання сплаву на основі системи Al-Mg-Si, призначеного для роботи в області середніх (до 100С) температур, і вивчені механічні властивості цього сплаву.

За основу був обраний сплав складу 9.42 ат. % Mg +3.76 ат.% Si (CMg/CSi=2.5; фігуративна точка складу належить квазібінарному перетину -Al - Mg2Si), що містить незначну кількість первинних дендритів алюмінієвого твердого розчину при усіх швидкостях кристалізації. Такий вибір обумовлений тим, що для одержання необхідного комплексу фізико-механічних властивостей у сплав, як правило, потрібно додатково вводити ряд легуючих елементів. Це може привести до зміни складу евтектики і появі в структурі сплавів первинних кристалів силіцидної фази, що супроводжується погіршенням пластичності та міцності матеріалу.

Міцність сплавів із структурою Al+Mg2Si, призначених для роботи в області середніх температур може бути підвищена шляхом дисперсійного зміцнення алюмінієвої матриці сплавів. Оскільки двофазний (Al+Mg2Si) базовий сплав містить надлишкову кількість магнію у твердому розчині (1.88ат. %), то для дисперсійного зміцнення матриці можна використати легування цинком, який часто використовується для дисперсійного зміцнення алюмінієвих сплавів, що містять магний. З цією ціллю базовий сплав легували цинком у кількостях до 2.56 ат.%. Крім того, сплав вміщував малі добавки Cr, Mn, Ti, Cu і Zr, сумарна кількість котрих, не перевищувала 1 ат. %.

Дослідження, проведені з використанням металографічного і термічного аналізів, показали, що комплексне легування сплаву базового складу в указаних межах не змінювало його двофазну евтектичну структуру, а температура евтектичного перетворення LAl+Mg2Si знижувалась від 597С (у нелегованому сплаві) до 575С у сплаві, що містив 2.56 ат.% (6 ваг.%) цинку і, відповідно, інтервал плавлення цих сплавів зростав до 15. Типова структура таких сплавів подана на мал. 7е. Як видно, легування не змінює пластинчасто-волокнисту морфологію евтектичної колонії.

Для формування дисперсних, когерентних матриці цинкових фаз, зразки гартували у воду від 440C, а потім піддавали старінню при 120С протягом 20 годин. Ефект термічної обробки сплавів, що визначався як різниця твердості сплавів до і після обробки, зростав із збільшенням вмісту цинку.

Легований сплав, що вміщував 2.56ат% цинку, після термічної обробки, мав середні значення межі плинності (0.2), межі міцності (B) і відносного видовження (), які становили 420 МПа, 475 МПа і 1.2%, відповідно.

ВИСНОВКИ

У дисертації в рамках моделі регулярних розчинів проведений термодинамічний аналіз фазових рівноваг у сплавах алюмінію з магнієм, кремнієм, германієм, який дозволив встановити концентраційно-температурні умови формування двофазних евтектичних структур Al+Mg2(SixGe1-x). Основні результати роботи можна сформулювати наступним чином.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Барабаш О.М., Легкая Т.Н., Сульженко О.В., Коржова Н.П. Термодинамический анализ закономерностей строения диаграммы плавкости системы Al-Mg-Si // Металлофизика и новейшие технологии. - 1999. – т.21 - №5. -c.24-28.

2. Barabash O.M., Legkaya T.N., Korzhova N.P., Podrezov Yu.N., Sulzhenko O.V. Рrecipitation hardening of the eutectic composite -Al + Mg2Si containing particles of Mg-Zn-rich phases // Functional materials. -2001. - v.8 - №1. - p.105-107.

3. Barabash O.M., Sulzhenko O.V., Legkaya T.N., Korzhova N.P. Thermodynamic Calculation and Experimental Analysis of the Phase Diagram of Al-Mg-Si System// Journal of Phase Equilibria . -2001. – v.22 - №1. - p.5-11.

А Н О Т А Ц І Ї

Сульженко О. В. Термодинамічний аналіз фазових рівноваг і структура алюмінієвих сплавів з магнієм, кремнієм та германієм. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.13 - фізика металів. - Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, Київ, 2001.

Дисертація присвячена дослідженню фазових рівноваг в системах Al-Mg-Si, Al-Mg-Ge, Al-Mg-Si-Ge у тих частинах, що відносяться до фазових рівноваг LAl+Mg2Si, LAl+Mg2Ge, LAl+Mg2(SixGe1-x). Основна увага була привернута до пошуку складів двофазних (Al + інтерметалід) евтектичних сплавів з високою температурою плавлення, малим температурним інтервалом кристалізації та значною об'ємною долею інтерметаліду у структурі евтектики. Розвинуто метод термодинамічного розрахунку, що дозволяє робити попередню оцінку діаграм стану трьох- і чотирьохкомпонентних систем на підставі даних для подвійних граничних діаграм стану. Базуючись на результатах виконаних теоретичних та експериментальних досліджень діаграми стану системи Al-Mg-Si, запропоновані концентраційні інтервали складів сплавів, які можуть бути основою для розробки нових конструкційних матеріалів. Показано, що додаткове підвищення механічних властивостей сплавів з евтектичною структурою (Al + Mg2Si) може бути досягнуто шляхом дисперсійного твердіння алюмінієвої матриці.

Ключові слова: алюміній, силіцид магнію, германід магнію, діаграма стану, евтектична структура, дисперсійне твердіння.

Сульженко О. В. Термодинамический анализ фазовых равновесий и структура алюминиевых сплавов с магнием, кремнием и германием. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.13 - физика металлов. - Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, Киев, 2001.

Диссертация посвящена исследованию фазовых равновесий в системах Al-Mg-Si, Al-Mg-Ge, Al-Mg-Si-Ge в тех частях, которые относятся к фазовым равновесиям LAl+Mg2Si, LAl+Mg2Ge, LAl+Mg2(SixGe1-x). Основное внимание уделено поиску составов двухфазных (Al + интерметаллид) эвтектических сплавов с высокой температурой плавления, малым температурным интервалом кристаллизации, значительной объемной долей интерметаллида в структуре эвтектики и фазовым составом, устойчивым к дополнительному легированию алюминиевого твердого раствора.

Развит метод термодинамического расчета фазовых равновесий в трех- и четырехкомпонентных системах сплавов с использованием экспериментальных данных по фазовым равновесиям в граничных двойных системах.

Термодинамический расчет и экспериментальное исследование алюминиевого угла диаграммы состояния системы Al-Mg-Si показали, что квазибинарный разрез -Al - Mg2Si не совпадает со стехиометрическим сечением и смещен относительно стехиометрического сечения в сторону сплавов, обогащенных магнием. Показано, что эта особенность имеет общий характер и должна наблюдаться во всех системах, в которых существует квазибинарный разрез между интерметаллидом и металлическим твердым раствором и растворимости компонентов в расплаве металла-основы заметно отличаются. В частности, такая особенность диаграммы состояния наблюдалась в системе сплавов Al – Mg – Ge.

Показано, что температуры плавления эвтектических сплавов квазибинарных сечений Al-Mg2Si (591С) и Al-Mg2Ge(623С) существенно выше температур двойных эвтектик Al+Al3Mg2, Al+Ge и Al+Si которые равны, соответственно, 448С, 424С и 577С. В четырехкомпонентной системе Al-Mg-Si-Ge при увеличении концентрационного отношения германия к кремнию от 0 до 1 максимальная температура плавления эвтектических сплавов Al+Mg2(SixGe1-x) возрастает от 591С до 602С, а доля интерметаллида Mg2(SixGe1-x) в составе эвтектики снижается от 4.12 мол.% до 3.4 мол.%.

Термодинамическим расчетом и методами термического и металлографического анализов в тройной системе Al-Mg-Si определены границы области сплавов с двухфазной Al + Mg2Si структурой.

Установлено, что структура эвтектических (Al + Mg2Si) сплавов сохраняется при легировании цинком до 2, 56 ат.%, и легирование цинком может быть использовано для дополнительного упрочнения эвтектических сплавов (Al + Mg2Si) за счет дисперсионного твердения Al- твердого раствора.

Предложен состав сплава, перспективного для разработки на его основе новых конструкционных материалов.

Ключевые слова: алюминий, силицид магния, германид магния, диаграмма состояния, эвтектическая структура, дисперсионное упрочнение.

Sulzhenko O.V. Thermodynamic analysis of phase equilibria and the structure of aluminum alloys doped with magnesium, silicon and germanium. - Manuscript.
Thesis for a Ph.D. degree by speciality 01.04.13 - physics of metals. - G.V. Kurdyumov Institute for Metal Physics of the NAS of Ukraine, Kiev, 2001
The thesis is dedicated to the investigation of phase equilibria in the Al-Mg-Si, Al-Mg-Ge, Al-Mg-Si-Ge systems, in the regions which are related to the phase equilibria Al-Mg2Si, Al-Mg2Ge, and Al-Mg2(SixGe1-x). Of primary attention is the search for the compositions of binary (Al + intermetallide) eutectic alloys with high melting point, narrow temperature interval of crystallization, and large volume fraction of intermetallide in the structure of the eutectic. The method is developed, which allows preliminary assessment of the state diagrams for three- and four-component systems using the data for the two-component boundary state diagrams. Based on the results of theoretical and experimental investigation performed on the Al-Mg-Si system, the concentration intervals were proposed for the compositions of alloys, on the basis of which new constructional materials can be developed. It was shown that additional increase in the mechanical properties of alloys with eutectic structure (Al + Mg2Si) can be achieved by means of dispersion strengthening of the aluminum matrix.

KEYWORDS: aluminum, magnesium silicide, magnesium germanide, phase diagram, eutectic structure, dispersion strengthening.