Сплавы алюминия с бериллием и некоторыми редкоземельными металлами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

Р - ' 'На правах рукописи

САИДОЗ РЛХИМДЖОН ХАМРОКУЛОВИЧ

СПЛАВЫ АЛЮМИНИЯ С БЕРИЛЛИЕМ И НЕКОТОРЫМИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ

02.00.04 - Физическая химил

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Душанбе - 1998 г.

Работа выполнена б отделе "Коррозионностойкие материалы" Института химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан и в Таджикском Техническом Университете им. М.Осими

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, член-корреспондент АН РТ, профессор Ганиев И.Н. кандидат химических наук, доцен! Одинаев Х.О. доктор химических наук, старший научный сотрудник, Пулатов М.С. кандидат технических наук, доцент Камолов Г.К.

Ведущая организация: Таджикский алюминиевый завод.

Защита состоится /S OS _ 1998 г. в ■9°'^

часов на заседании диссертационного совета К 013.02.02 при Институте химии им. В.И.Никитине АН Республики Таджикистан по адресу: 734063, г. Душанбе, ул. Айни 299/2. Е - MAIL, guli © academy, td. silk, org С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан.

Автореферат разослан " " Q7_ 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат химических наук Касымоьа Г Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Алюминий и сплавы на его основе, с рядом уникальных свойств нашли наибольшее применение среди цветных металлов. Развитие отдельных отраслей промышленности определяется качеством легких сплавов на основе алюминия. В настоящее время созданы конструкционные алюминиевые сплавы с особыми свойствами, в том числе сверхлегкие сплавы с удельной массой 1,30-1,45 г/см3, приближающиеся к удельной массе легких пластмасс. В качестве конструкционных материалов в авиации, атомной, ракетной и космической технике, а также электронике и электротехнике широкое применение нашли алюминиево-бериллиезые сплавы. Наличие огромных сырьевых ресурсов для получения алгаминиево-бериллиевых сплавов, является хорошей гарантией перспективного расширения их использования.

Наряду с решением технологических задач развитие фундаментальных научных металловедческих исследований является основой для разработки новых алюминиево-бериллиевые сплавов, совершенствования технологии производства и улучшения их свойств. Алюминиево-бериллиевые сплавы, наряду с алюмигшево-магниевыми, представляют большой интерес для авиакосмической техники. Благодаря малой удельной массе (1,85 г/см3, по сравнению с 2.7 г/см3 у алюминия), высокой удельной прочности и модулю упругости превышающей модуль упругости стали в 1,5 раза, а титана в 2,5 раза, хорошей теплопроводности и теплоемкости, алюминиево-берил-лиееые сплавы широко используются, как конструкционные материалы, почти во всех ответственных узлах авиакосмической техники. Применение этих сплавов в космических аппаратах, в качестве конструкционного материала, может дать значительную экономию в весе, по сравнению с алюми-ниево-магниевыми сплавами, чистым алюминием и бериллием. Стоимость их заметно ниже, чем стоимость чистого бериллия. 8 условиях радиационного облучения сплавы с бериллием сохраняют свои конструкционные характеристики. а величина возникающей з них наведенной радиации не представляет опасности для человека .

В последнее время, в качестве легирующих добавок широко стали применять редкоземельные металлы (РЗМ). РЗМ представляют собой практически неиссякаемый источник материалов с уникальными свойствами Учитывая всестороннее преимущество этих уникальных металлов в представленной работе, в качестве легирующих добавок к алюминиевым сплавам, использовали РЗМ. а именно, празеодим, неодим и самарий.

Из вышеизложенного видно, что исследование характера физико-химического взаимодействия алюминия с РЗМ и бериллием, установление закономерностей строения и свойств соединений и твердых растворов, создание на их основе новых легких сплавов, является актуальной задачей,

Цель работы заключается в изучении природы физико-химического взаимодействия алюминия и бериллия с РЗМ (где РЗМ - Рг, Ыс1, Бт) и разработке новых сплавов, обладающих повышенными демпфирующими свойствами.

Научная новизна работы. Впервые построены диаграммы фазовых равновесий систем А1-Ве-Рг (N(1, 8т), определена температура плавления тройных интерметаллидов А157ВегзРгго(Оз), МетВегзМгоР,,) и А157Ве2з8|%о (Ба), построены квазибинарные разрезы А1-Оп, А1-РЗМВе13, РЗМВе,з-0„, РЗМВе,з-РЗМА1г, РЗМА1г-Оп произведена сингулярная триангуляция вышеупомянутых систем, а также построены проекции поверхностей ликвидуса сплавов систем А1-Ве-Рг(Ыс1, Бт), в области 0-33,3 ат,% РЗМ. Разработаны составы новых алюминиево-бериллиевых сплавов, легированных микродобавками РЗМ (0,01-0,5 вес.%), обладающих высокими демпфирующими свойствами.

Практическая ценность работы. Установленные температуры фазо-вмх превращений и проекции поверхностей ликвидуса сплавов систем А1-В<?-Рг(1Мй.Зт), могут быть использованы в практике термообработки,'литья исделик из данных сплавов. Показано, что сплавы алюминия с бериллием легированное РЗМ отличаются демпфирующими свойствами и являются см.'сч'ог- основой дл* разработки новых сплавов. На Душанбинском маши-ностротегь.чом заводе проведены испытания разработанных сплаеов и

показана возможность их использования в качестве металлических корпусов двигателей внутреннего сгорания.

Основныо положения выносимые на защиту:

1. Металлохимические особенности взаимодействия алюминия и бериллия с РЗМ.

2. Построенные диаграммы фазовых равновесий системы А!-Ве-Рг(Ыс1, Эт).

3. Политермические разрезы, проекции поверхностей ликвидуса, сингулярная триангуляция систем А1-Ве-Рг(Ыс1, Бт).

4. Демпфирующие свойства сплавов систем А1-Ве-Рг(Ыс1, 8т).

Апробация работы. Основные результаты исследований обсуждались на: Международной научно-практической конференции, посвященной 5-ой годовщине независимости Республики Таджикистан и 40-летию образования Таджикского Технического университета (Душанбе-Худжант. 1996г.); Международней научной конференции "Координационные соединения и аспекты их применения" (ТГУ-Душанбе, 1996г.); Республиканской научно-практической конференции «Проблемы экономического и социального развития Таджикистана» (Душанбе, 1998г.); Международной научно-практической конференции "Химия и проблемы экологии" (ТТУ-Душанбе, 1998г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи, 8 тезисов докладов.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и изложена на 122 страницах, содержит 16 таблиц, 41 рисунков и 95 библиографических названий.

Глава 1 содержит данные о физико-химическом взаимодействии алюминия и бериллия с редкоземелными металлами, имеющиеся в литературе. Приведена также характеристика систем, которые образованы вышеупомянутыми металлами, так как они определяют вид фазовых равновесий в тройных системах с алюминием. Большое внимание уделено кристзлло-химнческому строению взаимодействующих элементов и соединений

Дан анализ характера и протяженности областей твердых растворов, кристаллохимическое сродство алюминия и бериллия к РЗМ. Рассмотрено и проанализировано современное состояние промышленного производства специальных алюминиево-бериллиевых сплавов. Подробно изучены и упорядочены литературные сведения о химических и электрохимических свойствах сплавов. Литературный обзор включает ь себя и современное состояние систем алюминия и бериллия с рассматриваемой группой металлов. В заключении делаются следующие выводы:

1. Не построены диаграмма фазовых равновессий систем А1-Ве-Рг (N<3, Бп.,, а также политермические разрезы этих систем.

2. Нет сведений о сингулярной триангуляции вышеперечисленных систем.

3. Не построены проекции поверхности ликвидуса ни одной из рассмотренных систем.

Исходя из этого была поставлена задача:

-построить не изученные диаграммы фазовых равновесий систем А|-Ве - РЗМ. где РЗМ (Рг, N(1, Бт), в области 0-33,3 ат.% РЗМ;

-проанализировать и построить некоторые политермические разрезы вышеназванных систем;

-произвести сингулярную триангуляцию вышеупомянутых систем:

-построить проекции поверхностей ликвидуса сплавов, в области богатой алюминием, каждой системы;

-установить закономерности сплавообразования з вышеназванных системах:

. -выявить демпфирующие евойстьа некоторых алюминиего-берил-лиев/.х сплавов, легированных РЗМ .

В главе 2 приведены результаты экспериментального исследования дия-рамм состояний систем А1-8е-Рт (Кс1,5гг). Для получения сплавов были использованы металлы следующей чистоты (вес.%): алюминий - 99.995% А!, берилий - 9Э.8% Ве. празеодим - 99,78% Рг, неодим - 99.98% N<1 самарий- 9 ^ г^т

Шихту весом 5 г взвешивали на лабораторных весах марки ВЛК-500 с точностью до 0,01 г согласно результатам расчета. Так как при взаимодействии алюминия с бериллием и РЗМ химическая реакция проходит с выделением тепла, а температура плавления многих тройных и двойных сплавов превышает температуру плавления чистых компонентов, то синтез проводился в вакуумной печи и в атмосфере инертных газов, с применением лигатуры, что способствует минимальной потере легирующих компонентов.

Для исследования были приготовлены сплавы в следующем количестве: 46 в системе А1-Ве-Рг; 48 в системе А|-Ве-Ыс), 52 в системе А1-Ве-Зт.

Плавление проводили в вакуумно-дуговой печи конструкции Института металлофизики АН Республики Украины, в атмосфере очищенного инертного газа (гелия или аргона), под избыточным даслением 0,15 МПа, в тиглях из оксида алюминия. В случае отклонения веса шихты от веся полученного сплава больше чем на 2%, плавку повторяли.

Ренгенофазовый анализ сплавов. Литые и отожженные образцы исследовали методом порошка. Дифрактограммы снимали на рентгеновском дифрактометре ДРОН-1,5 Аналитического центра АН Республики Таджикистан с использованием СиК«- излучения.

Порошок для рентгенофазовых исследований изготовляли либо напильником, либо в агатовой ступке. В процессе подготовки образцов, перед подготовкой каждого образца, напильник очищали металлической щеткой, после чего ацетоном и спиртом два раза. Во избежание попадания микрочастиц материала напильника, порошок очищали магнитом. Насыпали порошок на поверхность каретки (подставки от ДРОН-1,5) так, чтобы он тонким равномерным слоем покрыл среднюю ее часть (рабочую поверхность). Для устойчивого прилипания порошка на поверхность каретки пипеткой наносили 3-4 капли спирта. После испарения спирта каретку с образцом вставляли в аппарат и снимали дифрактограмму,

Микроструктурный анализ сплавов. Образцы, предназначенные для шлифования, поскольку они небольших размеров, заливались пластмассой, объединив 4-5 образцов, и выпрессовывались. Сначала поверхность об-

разцов выравнивали на грубой наждачной бумаге. Шлифовку проводили последовательно со сменой шлифовалоной бумаги уменьшая размер зерна, причем со сменой номера шлифовальной бумаги образец поворачивала на 90°, с целью выведения рисок на шлифе от бумаги предыдущего номера. Окончательную доводку шлифа проводили на водостойкой шлифовальной бумаге, с использованием водной мыльной эмульсии. Полировку гэтовы> шлифов проводили в два этапа - сначала на сукне, а затем окончательно нг фетре, с нанесенным на поверхность водным раствором окиси хрома. Предварительно отполированные образцы травили в основном раствором, содержащим 4 гр.№ОН+2 гр.КМп04 в 100 мл воды, или раствором состава 3-5 млНР+5-8млНМ03+100мл. воды. Некоторые эвтектические составы сплавов, богатые бериллием, магнием и цинком, подвергались травлению различные травителями, в зависимости от состава сплава по рекомендации. Выявленные микроструктуры фиксировали на специальных особокон-трастных фотопластинках, предназначенных для микрострукт)рного анализа. Микроструктуры сфотографированы на микроскопе "ЫЕОРНОТ-21" при 100-500 кратном увелечении.

Дифференциально-термический метод анализа (ДТА). ДТА сплавов проводили на установке марки ВДТА-8 конструкции Института металлофизики АН Республики Украины с использованием корундовых тиглей - Навески для ДТА брались весом. 1,3-1,5 гр. Скорости нагрева и охлаждения, в зависимости от состава сплава, варьировали в пределах от 10 до 40 град/мин. Для измерения температуры использовали платиноплатинороди-евую термопару, предварительно отградуированную по точкам плавления и фазовым переходам чистого железу, олова, цинка и алюминия марки ОСЧ-ГЗ-4. Линейное повышение и понижение температуры печи установки осуществляла электронным программным устройством Р133. Градуировку теомопзр производили по точкам плавления эталонов из особо чистых металлов: 1п-157: Бп-232: А1-660:1_а-920; Си-1083; Ре-1539°С.

■ На тгрмогрзмме за точку плавления принимали точку начала эндэаф-фекта Градуировку термопар и термический анализ образцов проводили е

одинаковых условиях (одинаковых скоростях нагрева и охлаждения, веса образцов, давления инертного газа и т.д.). Регистрацию термических эффектов, в виде кривых нагрева и охлаждения, осуществляли на двухкоор-динатном самописце ПДС-21.

Диаграмма состояния системы алюминий-бериллий-празеодим.

Фазовое равновесие. (Рис.1.) Диаграмма фазовых равновесий системы А1-Ве-РгВе,3-РгА12 построена рентгенофазовым методом анализа в сочетании с микроструктурным анализом сплавов, впервые.. В изученной области системы обнаружено тройное соединение Р3 состава А157Ве2зРгл), температура плавления которого составляет 1315 °С. Тройное соединение 03 находится в равновесии с соединениями РгВе,3, РгА12, РгА13, РгзА1и и твёрдым раствором на основе алюминия. В изученной области системы также установлено равновесие А1-РгВе13.

Политермические разрезы. Диаграмма состояния лолитермических разрезов упомянутой системы построена с помощью дифференциально-термического и микроструктурного методов анализа.

Исследование сплавов систем А!-Р; и А1-РгВе<* показало что, разрезы являются системами леритектического типа, с ограниченной растворимостью компонентов в твёрдом и неограниченной в жидком состояниях. Пери-тектические точки содержат по 5 и 2 мол.% 03 и А1.

Разрезы Рз-РгВец и Рз-РгА1г являются системами эвтектического типа, с ограниченной растворимостью компонентов в твёрдом и неограниченной в жидком состояниях. Эвтектические точки содержат 1,6 и 21,4 мол.% РгВе13 и РгА12, соответственно.

Разрез РгАи-РгВем. На дифрактограммах всех сплавов, в основном наблюдались линии двух фаз: РгА12 и РгВе13. Анализ термограмм, в сочетании с результатами микроструктурного анализа, позволил заключить, что разрез является эвтектического типа. Эвтектическое превращение происходит при 35,2 мол.% РгВе13 и температуре 1240 °С.

Be, am

Рис. 1 Диаграмма фазовых равновесий систем AI-Be-PrBe,3-PrAI2

(в неотоженном состояние)

Be

- Рий. 2 Проекция повехности ликвидуса системы , Al-Be-PrBetj-PrAl2

Разрез Рг2А111-Рд • Данный разрез пересекает двухфазные области -Ь+03: 1_+РгА12: 1.+А1; трёхфазные области - 1.+Оз+РгА1г; и+РгА12+РгзА1ц и область твёрдого раствора тройного интерматаллида в РгзА1ц. Кристаллизация двойной эвтектики происходит при температуре 1240 °С и 28 мол.% Р3. Растворимость соединения Рг3А1п в тройном интерметаллиде не обнаружена.

Таким образом, построение диаграмм состояния политермических разрезов позволяет произвести сингулярную триангуляцию исследуемой части тройной системы А1-Ве-Рг (штрихпунктирной линией показана на рис. 2.), что даёт возможность продолжить исследования данной системы и приступить к построению проекции ликвидуса.

Поверхность ликвидуса системы АМЗе-РгВвм-РгА^ (рис. 2). Исследованиями политермических разрезов в изученной области систему установлено 7 квазибинарных сечений: А1-03, А1-Рг8в1з, Оз-РгВецз, Оз-РгД2, 03-РгА^.Оз-РгзА!,! и РгА12-РгВе13, с помощью которых была произведена сингулярная триангуляция системы в области А1-Ве-РгВе13-РгА12. В результате сложную тройную систему А1-Ве-РгВе,з-РгА12 можно представить, как совокупность следующих частных вторичных систем: А1-Ве-РгВе13, А!-РгВе13-03, Оз-РгВе13-РгА12, РгА12-03-РгА13, РгА13-Оз-РгзА1и и РгзА1п-03-А1.

Исследованием ряда разрезов, проходящих параллельно сторонам частных подсистем, а также сопоставления результатов изученных псевдодвойных и политермических разрезов, построена диаграмма состояния изученной части системы А1-Ве-Рг. Вторичные системы характеризуются наличием двух и более нонвариантных равновесий. С помощью лолученых дополнительных сплавов, внутри каждой вторичной системы, экспериментально найдены координаты трёх- и четырёхфазных равновесий.

В результате исследования поверхностей ликвидуса шести частных вторичных подсистем была построена общая поверхность ликвидуса системы А1-Ве-РгВе13-РгА1г (рис. 2). в которой установлены псля кристаллизации всех компонентов и интерметаллидов.

Диаграмма состояния системы алюминий-бериллий-неодим. Фазовое равновесие . Диаграмма фазовых равновесий системы А1-Ве-ЫйВе13-МА12 построена нами впервые. Изотермическое сечение диаграммы состояния системы А1-Ве-МВе1з-№А12, построено по результатам рентгенофазового и ■ микроскопического анализов. Анализ рентгенограмм сплавов системы в сочетании с микроструктурой и ДТА сплавов показапи, что система А1-Ве-№Ве13-ША12, по характеру физико.-химического взаимодействия компонентов и составу тройного интерметаллида, похожа на систем, А1-Ве-РгВе13-РгА12. т.е. в изученной части системы обнаружено тройное соединение 04 состава А^Вегз^го- Температура плавления 04 равна 1265 ГС. Также обнаружено двухфазные равновесия А1-МВе13, Ы4Ве13-04, МВе13-^А12, ЫоА12-04, 04-А1, 04-№А13 и ЫбзАЦ,

Политермические разрезы. Исследование и построение политермических разрезов проводились с привлечением рентгенофазс-ого, дифференциально-термического и металлографического анализов. Результата исследований приведены рис.3.

Таким образом, в результате исследования политермических разрезов сплавов, богатых алюминием, тройной системы А1-Ве-Ш были установлены 7 пслитермических разрезов. 6 из которых участвуют в трйангуляци1 алюминиевого' угла системы. Триангулирующими разрезами являются. А1-0«, А1-М6е13, 04-МЛ12, р.-ЫйзА!,,. Од-МзА!,, и NdAI2-NdBe13.

Поверхность ликвидуса А1-Ве-№Ве1у№А1;>. Исследование поли термических разрезов и сингулярная триангуляция алюминиевого угла сис темы А1-Ве-№ позволили разбить .сложную тройную систему на совокуп ность частных тройных систем: А1-Ве-Г^Вв13, А1-ШВе,з-04, А1-04-КйзА1ц Nd.vAlM-D.-NdA!; и 04-ШВе,з-МА12.

■ Подсистема А!-Ве-№Вем. ДТА в сочетании с микроструктурныл анализом сплавов пока:зли, что кристаллизация сплавов данной подсисте-мм г-Элам-.иваются в нонзариантной эвтектической точке е,. По числ1 ^'.•ионе-асБ поверхность ликвидуса подсистемы состоит из следующих пс-

1265

(6

¡¿а+м) 670

(КА0 ДКОг,

Т.С

/11 20 40 60 80 мол.%

б)

* Мс) Ьс^

660 500

1920

У

¿до

20 40 60 80 ИсШе

1275

1920

Т,°С 1900 ■ 1700 ■ 1460 '

А1920

СЬ+^Мг") Л.+МЪеу

1220

ХЮО ■

20 40 60 80 Г^М2 20 40 60 00 МЬе«

мол.%

е)

1000

оС /^С^ О^З-^х

- 1265 1235 1205

¡Х^-ыа^м«)

880

20 40 60 80 г,с1Мг ^4эм«20 40 60 80 0/\ мол.% мол.%

Рис. 3 Политермические разрезы системы А1-Ве-Ыс1Ве,з-Ис1А^.

Таблица 1.

Характеристики нонвариантных равновесий в системе А1-Ве-ЫЬВе,гЫ6А12.

Нонвар. Точка Концентрация компонентов, ат.% Температур, равнов, °С Равновесие

А1 Ве N(1

97,6 2,4 — 644 1.=А1+Ве

е2 92 — 8 640 Ь=А1+Ыс«зА111

е3 58,1 20,7 21,2 1250 Ь=04+Нс1А(г

е4 44,2 31,9 23,9 1220 ЬяМсШеи+МА!;,

Р1 - 99,99 0,01 1016 1_+Мс1Ве1з=Ве

Рг 97,7 1.9 0,4 675 1_+ЫсШе,3=А1

Рз 98,1 1,1 0,8 670 1.+Р„=А1

Р4 76 — 24 1205 ЬЫс1А1г=№зА1„

Рб 55,4 26,4 26,4 1275 Ь+ШВе^Р.,

Е, 50,1 27,7 22,2 1164 1_=Мсте,з+0.,+Мс1А12

Р1 93,5 2,8 0,7 656 Ь+ШВеи^АкВе

Р2 97,6 2,0 0,4 673 1_+Ыс)Ве13=Р4+А1

Рз 91,4 1.5 7,1 646 1>Р4=МэА1и+А1

Р4 .80,0 4,0 16,0 1190 1.+Р4 =Ыс>зА1,1+А1

верхностей: А1е,Р1р2, е^ер^ и Р,р,МВе,3р2, которые пересекаются по трём моноеариантным линиям р,Р*. Р^ и р2Р,.

Подсистема А1-№Вец-Рл. По числу компонентов поверхность ликвидуса системы состоит из следующих трёх поверхностей: А1ргРгр3, р3Ргр504 и гч№Ве13р;Рг, которые пересекаются по трём моновариантным линиям р2Р2. р.,Рг и р^Р;. сходящимся в точке р^. Кристаллизация сплавов данной подсистемы заканчивается не в самой системе, а вместе со сплавами предыдущей подсистемы в точке е,.

Подсистема А>-р1-Ыс>зА>11. Анализ термограмм сплавов подсистемы показал что кристаллизация сплавов системы завершается в нонвариант-

ной эвтектической точке е2 при температуре 640 °С. По числу компонентов поверхность ликвидуса системы состоит из следующих трёх поверхностей: А1р3Р3е2. р304е3Р4Р3 и р4Р4Р3е2.

Подсистема Ра-МсШе^-МА!;. Получением дополнительных сплавов внутри подсистемы и тщательным анализом ДТА и микроструктуры сплавов построена поверхность ликвидуса упомянутой системы. Подсистема 04-Ыс1Ве,3^с1А1г ограничена тремя разрезами эвтектического типа. Соответственно и сама подсистема является эвтектической. Температура и координаты системы приведены в табл.1.

Общая поверхность ликвидуса алюминиевого угла системы А1-Ве-Мс! была построена с учётом диаграмм фазовых равновесий, п<:>?идодвсйных разрезов и анализом поверхностей ликвидуса изученных подсистем. В изученной области системы установлено существование 7 полей первичной кристаллизации двойных и тройных интерметаллических соединений, а также исходных компонентов. Наибог$,шая доля первичной кристаллизации на поверхности ликвидуса относится к тугоплавкому соединзнию ШВе,г Диаграмма состояния системы алюмикий-бериг.лий-самарий.

Фазовое равнопесие . Диаграмма фазовых рзвнслесий системы А1-Ве-Ыс1Ве13-Ыс1А12 построена нами впервые. Изот1;;- ;мческое сечение диаграммы состояния системы А1-Ве-ЗтВе13-8тА12, лострс-гно по результатам рентгенофазового и металлографического анализов. Тщ.'.^.льньи" акализ рентгенограмм сплавов системы в сочетали с микрос^укту^с-й и ДТА сплавов показали, что система А1-Бе-ЗтБе13-ЗтА!^, по характеру физико-химического взаимодействия компонентов, составу тройного интерметал-лида, похожа на две предыд ущие системы А1-Ве-Рг(Ыа)Ве|3-Рг(К,с1)А|г В изученной части системы обнаружено тройное соединение С?? состаьн А^Вег^Пг-- а также дэухфази*л разнегесия А1-ЗтВе,з. ЗтВе»-05 ЗтВв15-ЗтА12. ЭтА^-Ов Ог-А1. [%-6т/>!3 л Зт„А1^ Вы. .гяона температура плавления Р. 1370°С.

Политермические разрезы. Исследование и построение диаграмм состояния политермических разрезов провсдмлись с привлечением рент-генофазового. дифференциально-термического и металлографического анализов. Результаты исследований приводятся ниже. Для исследования политермических разрезов, как и в выше изученных системах, были вйбра-ны все двухфазные разрезы алюминиевого угла системы А1-Ве-5тВе13-ЭтА^'

Разрзз А1-Р^. Диаграмма состояния этого разреза построена по данным исследований 6 сплавов, расположенных на разрезе. Существование термических эффектов в интервале от 1,4 до 100 мол.% 06, при температуре 674 °С, свидетельствует о существовании но..вариантного перитектиче-ского равновесия в данной системе. Растворимость 06 в А1 составляет примерно 5 мол.%. Растворимость алюминия в 05 исследуемыми методами не обнаружена.

Исследование сплавов разреза А1-ЗтВе<д показала, что система является перитектического типа, с ограниченной растворимостью компонентов в твёрдом и неограниченной, в жидком состояниях. Перитектическая точка содержит 1,3 мол.% ЗтВе13.

ДТА сплавов, б сочетании с металлографическим анализом, позволили построить разрезы Рд-БтЗе^ и ЗтАЬ-ЗтВе^. Разрезы являются системами эвтектического типа, с ограниченной растворимостью компонентов друг в друге в твёрдом, и неограниченной, в жидком состояниях. Растворимость СЭ5 и 5тА12 в соединении ЗтВе13 составляет примерно по 5 мол.%. Растворимость 8тВе13 в Об исследуемыми методами не обнаружена.

Разрезы Р;-ЗтА1?_и ЗгсьА^-Рв. Анализ и идентификация термограмм сплавов этих разрезов и тщательный анализ микроструктуры сплавов показали, что оба разреза являются нонвариантными эвтектического типа, с ограниченной растворимостью компонентов (05 не растворяет 8тА12) друг в друге в твёрдом, и неограниченной в жидком состояниях. Эвтектическое превращение имеет место при 63,8 и 65 мол.% 05.

Таким образом, в результате исследования псевдодвойных разрезов сплавов, богатых алюминием, тройной системы А1-Ве-8т были установлены 6 политермических разрезов, которые участвуют в триангуляции алюминиевого угла системы. Триангулирующими разрезами являются: А1-Р5, А1-5тВе-,3, 05-8тА12, Оо-Эт^А!,,, Рз-ЭтзАЬ, и 8тА12-8тВе13.

Поверхность ликвидуса А1-Ве-ЗтВе1з-ЗтА1?. Исследование политермических разрезов и сингулярная триангуляция алюминиевого угла системы А1-Ве-5т, позволила разбить сложную тройную систему на совокупность частных тройных систем: А1-Ве-8тВе13, А1-8тВе13-Ог, АиР^т^п, 8т3А111-05-8тА12 и Р5-8тВе,:г8тА12.

Подсистема А1-Ве-ЗтВе<> ДТА в сочетании с микроструктурным анализом сплавов показали, что кристаллизация сплавоз данной подсистемы заканчивается в нонвариантной эвтектической точке По числу компонентов поверхность ликвидуса подсистемы состоит из следующих поверхностей: А1е,Р,р2, е)Вер|Р, и Р^ЭптВе^Рг, которые пересекаются по трём моновариантным линиям р^, и р2?1.

Подсистема А1-ЗтВе^-Ря. Число компонентов этой системы состоит из следующих трёх поверхностей: А1р2Р2р3, р3Р2е30^ и е35тБе13р:Р2. кото рые пересекаются по трём моноваризнтным лгк/ям г\-Р2, р3Р2 и е3Р^, сходящимися в точке р2. Кристаллизация сплавов дерном подсистемы заканчивается не в самой системе, а вместе со сплаг-ауи .¡одсистемы А!-Ве-8тВеи в точке э,. •

Подсистема А1-Р;-ЗтцА1и- Анализ тсруограмм сплавов подсистемы п^азал что кристаллизация сплавов системы завершается з нон^ариэну-ной эвтектической'течке е2, при температуре 640 "С . По числу компонентов поверхность ликвидуса сиситемы состоит из следующих трёх поверхностей: А1р3Р.е2, р3Р4е-;Р4Р3 и р<Р<Р3е;.. Подсистэма Рг-&тВе уЗюН»- Так как ссо разрезы, ограничивающие данную подсисте./у являются псъвдсдеэкнь.г/и эвтектического типа, саг/а подсистема также является эвтектической и кристаллизация сплавом в ней закзкчиеазтея по четыро.сЬазной рэа^ип 1=8тВеп+3:г.А1г-,'Ог. при тедмерспуое 11 "2 °С. Псзеохноегь ликвидуса

Таблица 2

Характеристики нонвариантных равновесий в системе Al-Be- SmBe13-SmAI2.

Нонвар. точка Концентрация компонентов, ат % Температура равковес, °C Равновесия

Al ¡ Be Sm

в! S7,6 2,4 — 544 L=AI+Be

е2 9? — й 640 L=AI+Sm3Aln

е3 43,5 38,9 17,6 1190 L=SmBe13+D5

е4 42,1 34,4 23,5 1250 L=SmBe,3+SmAI2

<25 61,2 14,2 24,6 1214 L=D5+SmAI2

е3 77 - 23 1150 L=Sm3AI,1+SmAI2

е? 65 14,8 20,2 1289 L=Sm3AI11+D6

Pi - 99,99 0,01 670 L+SmBe,3 =Be

Рг 97,6 1,9 0,5 674 L+SmBe13=AI

Рз 97,1 1.3 1,6 1112 l +D6 =AI

е, 49,5 28,4 22,1 1119 iL"SmBe,3=SmAI2+D6

е2 68,2 9,8 22,0 673 L=Sm3AI,,+SmAI2+D5

pi 96,4 2,8 0,8 673 L+SmBe,3=AI

р2 97,5 2,1 0,4 673 L+SmBe,3=AI+Ds

Рз 95,6 0,8 3,6 648 L+Sm3Alu=D6+AI

системы по числу компонентов состоит из следующих поверхностей: езБтВе^е^Е!, едЕ^ЭтА^ и 05е3Е,е5, которые пересекаются по трём моновариантным линиям Р-Е1, е4Е1 и е5Е1. Кристаллизация сплавов заканчивается в нонвариантной эвтектической точке Е1. Проекция поверхности ликвидуса данной системы включает следующие поля первичной кристаллизации интерметэллидов: втВе^, 8тА12 и 05.

Подсистема Рв-5пьА1ц-5тА1г. Получением дополнительных сплавов внутри подсистемы и тщательным анализом микроструктуры и ДТА сплавов построена поверхность ликвидуса упомянутой системы. Подсистема 05-

NdBe,3-NdAI2 ограничена тремя разрезами эвтектического типа. Соответственно и сама система также является эвтектической. Температура и координаты нонвариантных равновесий в системе приведены в табл. 2.

Общая поверхность ликвидуса алюминиевого угла системы Al-Be-Sm была построена с учётом построенных диаграмм фазовых равновесий, псевдодвойных разрезов и анализа поверхностей ликвидуса изученой области системы.

В системе установлено существование 6 полей первичной кристаллизации двойных и тройных интерметаллических соединений, а также исходных компонентов. Наибольшая доля первичной кристаллизации на поверхности ликвидуса относится к тугоплавкому соединению S¡nBeI3.

Обсуждение результатов исследования систем алюминий-бериллий-редкоземельный металл.

В системах AI-Be-Y(La.Ce) и Al-Be- Pr(Nd.Sm) обнаружены следующие двухфазные равновесия: А1-РЗМВе,3, AI-D (где D- А1з25.гг53ео.75-1.5У, А1з.2,25--Be,.i.75La, А12 а-2.сВе12.мСе, А157Ве2з-Ргго, AI57-Be23Ndís, AI?7Be23Sm2o>, D-P3MAI2, РЗМА12-РЗМВе13, D-P3MBe,3, D-P3MAI3, D-P3MjAlr, часть из которых являются квазибинарными.

Разрезы РЗМВеп-РЗМАЬ, 0-РЗМА1г, D-P3MBe13 в системах Al-Be-Y(La,Ce) относятся к системам эвтектического типз. Температура эвтектического превращения в системах D-P3MAI2, AI-РЗМВе,.-, и D-P3MBe13. при увеличении заряда ядра РЗМ уменьшается, что коррелирует с температурой плавления самих РЗМ (табл.3). В дзсйных системах.РЗМВе,3-P3MAI? наблюдается обратная зависимость, т.е. при переходе от лантана к церию повышается температура нонвариантного превращения. Подобный характер изменения темпер? гуры больше коррелирует с температурой плавления двойных интерметалл&цдоа LaAI2, CeAi2, который при переходе от лантана к церию повышается. Срагк-эние исследованных систем показывает, что система с иттрием болым™ по.<ожа на систему с церием, чем с лантаном.

В системах AI-Be'-Pr(Nti.3m,. разрезы P3MBe-3-P3MA¡2, D-P3MAI, D-

Таблица 3

Температурь' плавления тройных интерметаллидов систем А1-Ве-У(1_а,Се) и А1-Ве-Рг(М,5т)

| РЗМ Соединение

, Символ Тпл, °С Формула Тпл,°С

У 1525 А13 г5-2,25Ве0 75-1.зУ 1350

1-э 920 А13 2.25Ве,.1^а 1280

1 Се 798 АЬ.в-г.еВе^г-мСе 1350

1 РГ 935 А157Ве22Се2г) 1315

ыи 1024 А157Ве23М20 1265

! ¿т 1 1 1072 А1ь7Ве235т20 1370

РЗМВе,-) (кроме ШВе,3) томе относятся к системам эвтектического типа. Температура эвтектического превращения в системах А1-РЗМВе13 и РЗМВе)3-РЗМА!2 при увеличении заряда ядра РЗМ сначало уменьшается, а потом увеличивается (табл.4), что коррелирует с температурой плавления тройных соединениях (табл. 3). В двойных сист^ ах 0-РЗМА12 наблюдается обратная зависимость, т.е. при переходе от прчзеэдима к самарию повышается температура нонвариантного превращения. Подобный характер изменения температуры больше коррелирует с температурой плавления двойных интерметаллидов 0-РЗМВе,3, который при переходе от празеодима к самарию повышается.

Сравнение тройных систем алюминия с бериллия и РЗМ свидетельствует, что по характеру взаимодействия и количеству образующихся тройных интерметаллидов данные системы похожи.

Еще одним отличием систем А1-Ве-У(1.а,Се) и А1-Ве-Рг(Ш,Зт) является характер образования тройных интерметаллидов. В системах А1-Ве-У(1_а,Се) тройные интерметаллиды являются бертсллидами. т.е. с переменным составом, а у систем А1-Ве-Рг(Ый,Зт) образующиеся соединения являются дальтонидами постоянного состава.

Обобщая полученный экспериментальный материал и учитывая выше изложенное о взаимодействии алюминия с бериллием и редкоземельными

Таблица 4

Температуры нонвариантных равновесий кЕазибинарных сечений систем А1-Ве-У(1_а,Се) и А1-Ве-Рг(М,5т)

№ Система Температура равновесий, °С № Система i i Температура Равновесий, rC

1 YBe13-YAI2 1355 13 Al-Ybe13 700 _____

2 LaBe,3-LaAI2 1250 14 AI-LaBe,3 640

3 СеВе,з-СеА1; 1320 15 А!-СеВе,з 620

4 PrBe,3-PrAI2 1240 16 А1-РгВе)3 680

5 NdBe13-NdAI2 1220 17 AI-NdBe)3 670

6 SmBe,3-SmAI2 1250 18 AI-SmB9,3 675

¡ I

7 D - YAI2 1300 19 D - Ybe13 1267 I

8 D, - LaAlj 1245 20 D, - LaBe13 1220 j

9 D2 - CeAI2 1220 21 D2 - CeBe13 1200 !

10 D3 - PrAI2 1270 22 D3 - PrBe13 1305 . j

11 D4 - NdAlj 1250 23 D< - NdBan 1275 !

12 D5 - SmAI2 1205 24 D5-SmBe,3j 11SO [

металлами, можно сделать следующие выводы и прогнозы.

1. В связи с тем, что в алюминиевом углу гсех наследованных систем образуется тройное соединение состава А1г7Вг2зРЗМ2о. со стру;>т/рой ЕаАи. то следует ожидать образование подобных тройных соединений и в других пс ис^/.с-дозанных системах с участием РЗМ, как иприевой. так и цериевой подгрупп, т.е. А1-Ве-нт ((¿<3, IЬ, Оу, Но, Ег, Тт, Ьи)

2. Упомянутое тройное ссединение в неизученных системах, с участием всех РЗМ (за исключеньем церил) г/сжет находится з двухфазном равновесии с алюминиевым твёрдым раствором, дв^мыми интерметаглидами РЗМА1г. РЗМАк РЗМА1« и РЗМР,.-..;. .

3 Квазибинарными разрезами в системах А!-Бе-РЗМ являются рззое-зы А1-0-. 0.-РЗМА12. а-Г'ЗМЕе-; РЗМВе-:-РЗМА1г и АиРЗ^Ве,, След/от

ожидать образования таких же квазибинарных разрезов в неизученных тройных системах с участием А1, Ве и РЗМ.

В главе 3 приведены демпфирующие свойства некоторых сплавов на основе систем А1-Ве-Рг(Ыс1,Зт). Для исследования скорости затухания звука сплавов и установления взаимосвязи с физико-механическими свойствами, использовали ударный метод возбуждения в образце свободных звуковых колебаний, позволяющий имитировать ударные процессы, имеющие место в реальных производственных условиях. Исследование проводили на установке ТТУ-1 прототип установки МИСиС-2 по методике, предложенной Злобинским Б.М., Муравьевым В.А., Парфеновым А.А. и др.

Для проведения экспериментальных исследований по определению демпфирующих свойств, были изгбтовлены пластины размером 50x50x5 мм из сплавов системы А1-Ве-РЗМ (Рг,№,3т). Для сравнений был изготовлен образец из исходного алюминия марки А995.

Исследуемые образцы были сгруппированы в зависимости от изменения состава сплавов, т.е. содержания бериллия и редкоземельных металлов (в нашего случае празеодим, неодим и слмар 1я) на 9 групп. В каж- -дой группе испытали по 9 образцов «'.

Исследование демпфирующих свойств сплавов показало следующее:

1. У сплавов содержащих бериллий 0,01 мас.% и РЗМ(0,01-0,5 мас.%) наилучший состав с демпфирующими свойствами является сплав содер- • жащий 0,5 мас.% самария. Скорость затухания звука с)3= 6,04 дБ/мс..

2. Высокие показание демпфирующих свойств у сплавов системы А1 -Ве(0,1 мас.%)-РЗМ(0,01-0,5 мас.%) характерны для состава содержащего 0,5 мас.% неодима. Здс-ь е)э= 6,35 дБ/мс.

3. Наибольшее показание демпфирующих свойств у сплавов А1-Ве(0,5 мас.%) - РЗМ(0,01-0,5 мас.%) наблюдается, при содержания Ве(0,01 мас.%) с 0,5 мас.% самашя. В этом случае (1,= 6,46 дБ/мс.

Микродобавки бериллия и редкоземельного металла увеличивают

*' В обсуждении результатов приняли участие к. т. н. Хакдодов М. М. и Кобулиев 3. В.

демпфирующие свойства сплавов По мере увеличения Ве и РЗМ, с составе исследуемых сплавов наблюдается изменение скорости затухания звуковых колебаний ь сторону увеличения, что свидетельствует об улучшении демпфирующих свойств сплавов. Составы с наилучшими показаниями демпфирующих свойств среды РЗМ следующие:

а) у прээеодима и неодима при 0,1 мас.% бериллия;

б) у самаоия при 0,5 мас.% бериллия.

Алюминиево-бериллиевые сплавы с микродобавки самария облгдают высокими показаниями скорости затухания звука. Для комплексного изучения демпфирующих свойств изучаемых сплавов и качественного анализа злияния этих свойств, проводили металлографические исследования. Тщательный анализ микроструктуры сплавов показали, что исследуемые сплавы имеют три основные структуры: мелкозернистую; среднезернистую; крупнозернистую.

Приведенные исследования показали, что на разделение микроструктур безусловно влияет соотношение компонентов исследуемых сплавов. В итсге рассмотрим три различных случая:

а) при 0,01 мас.% Ве. В таком случае РЗМ=0,1 мзс.% можно считать границей области твердого раствора, т.е при РЗМ=0,01-0 1 мас.% имеем дело с однофазной структурой, а при РЗМ=0,1-0,5 мас.% с двухфазной.

б) при 0,1 мас.% Ве и увеличение содержания Рт ч Мс) наблюдается равномерное увеличение демпфирующей, способности, чтп указывает о переходе микроструктуры от крупнозерное; л к кеясозернистсй. Поведение сплавов с Эт отличается от сплавов содержащих Рг '.1 Ий в двухфазной области, что свидетельствует о том, что 8т а этой области находится з двухвалентном состоянии.

в) при 0.5 мас.% Ве на демпфирующую способность сплавов также оказывает влияние содержание ¡-г и Ыи. Добасмч Бт .<• оОпасти 0,01-0,1 мас.% ведут себя совсем иначе, чем п случае 0,1 мас.% Бе. Это видимо объясняется меньшим рзстверением Ве в двойных сплавах. Демпфирующая способность всех сплавсз .одгржащих РЗМ в интерваге 0.01-0.5

мае % возрастает, т.к. идет процесс изменения микроструктуры по схеме: крупнозернистое - среднезернистое - мелкозернистое.

1Í ы В О д ы

1. Впервые построены диаграммы фазовых равновесий (в неотожейном состояние) систем AI-Be-Pr(Nd,Stn), в области до 33,3 ат.% РЗМ. Установлено существование тройных соединений состава AI57Be23R2o- Показано, что с алюминиевым твердым растгором в равновесии находятся: тройной ин-терметаллид - О, двойные соединения - RBe13, R3Aln и твердый раствор на основе бериллия. Определена температура плавления тройных интермета лидое.

2, Построены следующие политермические сечения указанных тройных систем: Al - D3 (D„,D5), Al - RBe,3l D3 (D4,D5) - RBe13, RAI2 - RBe,3) D3 (D4,D5) -RAI2l RjAI,, - D3 (D*,D5). Показано, что в изученных системах квазибинарни-ми являются следующие сечения: Al - D3 (D4,D5), Al - RBeu, D3 (D4,D5) -RBeu. RAI2 • RBe,3l D3 (D4,D¡,) - RAI2. Разрезы R3A¡,. - D3 (D4,D5) являются частично коззибинарними.

3, С помощью квазибинарных сечений проведена сингулярная триангуляция тройных систем AI-Bo-RBei3-RAI2 на следующие вторичные системы: D3 (Da,D5)-RBeij-RAI¿, Be-AI-RBeu, А1-03(0ц,05)-РВе,3, D5-Sm3AI,,-SmAI¿. Тройными эвтектическими являются вторичные системы: D3(D4,D5)-RBel3-RAIj и 05-Sm3Aln-SmAlí,

4, Построены проекции поверхностей ликвидуса тройных систем А1-Ве-RBet3-RAI2 и определены координаты 17 четырехфазных нонвариантных превращений в указанных системах. Установлено, что по характеру взаимодействия компонентов (число тройных соединений, количество нонвариантных превращений) системы Al-Be-Pr( Nd, Sm ) похожи на системы Al-Be-Y( La, Ce ). В тоже время тройные соединения в системах AI-Be~Pr(Nd,Sm) отличаются постоянным составом, тогда как интерметаллиды, образующиеся в системах AI-Be-Y(La,Ce) являются бертоллидами, т.е. фазами с переменным составом.

5, Ударным методом возбуждения в образце свободных звукоеых колебаний исследованы демпфирующие свойства алюминиего-берилневых сплавов легированных празеодимом, неодимом и самарием. Выявлено, что добавки РЗМ увеличивают демпфирующие свойства сплавов. Наиболее эффективным легирующим компонентом в этом плане является добавки самария.

6. На основе проведенных исследований разработанны новые алюминиевые сплавы, содержащие 0,01-0,5 мас,% бериллия и 0,01-0,5 мае So РЗМ. Проведены их опытно-промышленные испытания на Душанбинском машиностроительном заводе в качестве корпуса многоцелевого двшатзля внутренного сгорания (объем рабочего цилиндра 50 см3). Устсиозлено что использование сплавов, взамен существующих корпусоз из алюминия, улучшает демпфирующие свойства на 57%, Экономический эффект от использования данного предложения составляет 1150 долларов США в год, за счет долговечности их службы и снижения шума в работе двигателя.

Основные результаты диссертации изложены и следующих работах:

1. Одинаев Х.О., Саидоа Р.Х., Ганиев И.Н-.Кинжийчло ВВ.. Рузиеза Д.Д. Изотермические сечения систем AI-8e-Pr(Nd,Sm) при 7V3K / Докл. АН Респ. Тадж. 1996, №11-12.

2. Одинаев Х.О., Сафаров А.М., Саидов Р.Х. ГЬзэлодй'-иные оз^резы системы А1-Ве-СеВе13-СеА1г // Научно-техническое ковонве^ени-. ,1 вопросы охраны окружающей среды.: Тез.докл. Международной нэучо-прнктичэат-й конференции. -Душанбе-Худжант, 1996. С.27.

3. Сафаров А.М., Одина ■'в X.Q., Сзидое Р X. Пой"?рл,чость ликвидуса системы AI-Be-LaBe,3-LaAh II Координационные соединения и аспзпы их применения,: Тез.докл Международной научной юнйкренции -Душ.чное. 1996 С 70

А. Сафаров А.М., Одинаев Л.О., Шукроев fvi.LU.. Самдса Í\X Корро-зионно-электрохимические и ме 'зни^еские сеайствз о.п^минизво-^с-рчп-

лиевых сплавов, лигированиых редкоземельными металлами II Тез.докл. Республиканской научной конференции. -Душанбе, 1997.

5. Саидов Р.Х., Одинаев Х.О , Ганиев И.Н. Псевдодвойные разрезы системы AI-Be-PrBe13-PrAI2 II Проблемы экономического и социального развития Таджикистана.: Тез.докл. Республиканской научной конференции. -Душанбе, 1998. С. 106-107.

6. Саидов Р.Х., Одинаев Х.О., Ганиев И.Н. Политермические разрезы системы AI-Be-NdBe,3-NdAI2//fenoH. ТаджикНПИЦентре. Вып.1. 1998. №42 (1186). (4.05.98).

7. Саидов Р.Х., Одинаев Х.О., Ганиев И.Н. Проекция поверхности ликвидуса системы AI-Be-PrBe13-PrAI2// Депон. Т„джикНПИЦентре. Вып.1 . 1998. №43 (1187). (4.05.98).

8. Саидов Р.Х., Одинаев Х.О., Ганиев И.Н., Сафаров A.M. Проекция поверхности ликвидуса системы AI-Be-PrBe13-PrAI2 // Тез.докл. Республиканской научно-практической конференции. -Исфара, 1998.

9. Саидез Р.Х., Хакдодое М.М., Кобулг.сз З.В. Демпфирующие свойства алюминиево-бериллиевых сплавоь. легированных редкоземельными металлами Ii Химия и проблемы эколо/пи.: Тез.докл. Международной научной конференции. -Душанбе, 1998. С.54-55.

10. Саидов Р.Х., Саидов П.Х. Квазидвойные разрезы и проекция поверхности ликвидуса системы AI-Be-SmBe13-SmAI2 II Химия и проблемы экологии.: Тез.докл. Международной научной конференции. -Душанбе, 1998. С.58-59

11. Саидов Р.Х., Одинаев Х.О., Ганиев И.Н. . Псевдодвойные разрезы и поверхности ликвидуса системы AI-Be-NdBe13-NdAI2// Химия и проблемы экологии.: Тез.докл. Международной научной конференции. -Душанбе, 1993. С.64.

12. Саидов Р.Х., Одинаев Х.О., Ганиев И.Н. Квазидвойные разрезы системы А1-Ве-РгВе13-РгА12// Материалы научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава Технологического университета Таджикистана. -Душанбе, 1998.