Фазовый состав и свойства равновесных и быстрозакаленных сплавов алюминия с железом, кобальтом и цирконием тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

РГБ ОЛ

2 Ь :.1АР

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА , ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ км. М.В. ЛОМОНОСОВА

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На лрзвгх рукописи УДК 659.715.733.296.26

МИШЕНИНА ИННА ВЛАДИМИРОВНА

ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И СВОЙСТВА ' РАВНОВЕСНЫХ И БЫСТРОЗАКАЛЕННЫХ СПЛАВОВ АЛЮМИНИЯ С ЖЕЛЕЗОМ , КОБАЛЬТОМ И ЦИРКОНИЕМ

Спвдаапькосл. 8Z0C.H1 • нвергзкячвсххя химия

АВТОРЕФЕРАТ

дмосвртзции на сонсетнив ученой степени «идлдат» хяаичгсгкх наух

?.*оояа т.

Работа вькютагвз на кафедре общей химии Хкккч-сского ф&хуль-геЬ Моакяекого Го-суда!>,-;т.«жого Укдагрсктгтг км. М.В. Ломоносова.

Научно» руководители:

кандидат химических наук, доцгнт £.Ф.Казакова

шдещзт хнмичоскнх наук, децэкт В.А.А1 иханов

Нгучкый консультант;

доктор химических наук, профессор ЕМ. Соколовская

С>фйццаяакыв оппоненты

доктор химических наук, профессор АЯЛотшхи»

доктор технических наук, профессор ПЛ. Рохлин

Ведущая организация :

Всероссийский научно • исследовательский институт авиационных материалов ао/ВИАМ"

Защита соеГ'»5тсй * // "* диссертационного Совета

К

1ЭЭ6 г. & - часов кз заседании наукам в Московском

053.05.59 по химическим Государственно« Ун^аерситете им. М.В Ломоносова по адресу: 11888?, ГСП, Москва В-234, Ле*»ткле горы , МГУ , Химический факультет, аудитор»«

С диссертацией можно познакомиться 6 библиотеке Химического факультета

МГУ.

А5торафврет разослан * 11 ' марта 1956 г.

Ученый секретарь диссертационного Совете, кандидат х»а®»»сшх наук, доцект ' ' ^

ЛАКучэренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ,

Актуальность темы. Сплавы на основе алюминия является наиболее распространенными ко и суру кци окк ы м и материалами. Эффект повышена прочностных и жаро прочностимх характеристик алюминиевых сплавов при их легировании переходными металлами можно значительно усилить применением сверхбыстрой закалки из жидкого состояния, которая приводит к расширению областей твердых растворов и диспергированию промежуточных фаз б сплавах алюминия с переходными металлами. Поскольку, получение массивных изделий из быстрозакаленных сплавов связано, в основном, с их компактаровакиек, то превращения происходящие в сплаве при его термообработке, представляют значительных интерес. Распад пересыщенных твердых растворов по специально подобранному режиму приводит к выделению упрочняющих интерметаллидных фаз в мелкодисперсном • состоянии, ■ вследствие чего существенно возрастают, прочностные характеристики сплавов.

В настоящей работе в качестве объектов исследования были выбраны сплавы алюминия с железом, кобальтом и цирконием. Легарованне алюминия указанными переходными металлами приводит к образованию тугоплавких интерметаллических соединений СогАЬ, РсАЬ и ХгЛЬ, способствующих увеличению прочностных свойств алюминиевых сплавов. Кроме того, цирконий, являющийся эффективным модификатором, выбран с расчетом на улучшение морфологии упрочняющих фаз.

Прогноз закономерностей образования и распада пересыщенных твердых растворов невозможен без информации, содержащейся в равновесных фазовых диаграммах состояния систем Л1Со-2х, Ре-Со-2г, А!-Ре-Со^г. В литературе отсутствуют сведения о

характере фазовых равновесий б системе А1-Ре-Со-2г и ограничивающих ее тройных А1-Со-7.г и Ие-Со-Хг при 770 К. Поэтому, целью настоящей работы являлось установление характера фазовых равновесий а тройных системах А!-Со-2г, Ре-Со-2г во всем интервале концентраций и четверкой системе А1-Ре-Со-2г в области богатой алюминием прк 770К с последующим построением изотермических и политермических сечений; установление закономерностей изменения фазового состава сплавов на основе алюминия в системах А1-Со-й, А1-Ре-Со-2г" при скоростях охлаждения 10 и К/с; изучение кинетики распада пересыщенных твердая растаороз, а также установление скорости коррозии быстрозакаленных сплавов системы ■ А1-Со-2г,

Научнаа новизна работы. В настоящей работе впервые:

- комплексом методов физико-химического анализа установлены фазовые равновесия в сплавах тройных систем А)-Со-21г, Ре-Со-2г и четверной системы А1-Ре-Со-!£г с последующим построением изотермических сечений указанных систем при 770 К во всем интервале концентраций для тройных н в области богатой алюминием для четверной;

- впервые построены политермпческий разрез между икгерметалличесхими соединениями, находящимися в равновесии с алюминием и лучевой разрез из алюминиевого угла с атомным соотношением компонентов Со: 2г = 2:1 доя системы А1-Со-2х;

- впервые установлены закономерности образования фаз и изменения фазового состава в зависимости от содержания легирующих компонентов в быстрозакаленных . сплавах систем А1-Со-5!х, А1-Ре-Со-21г, полученных методом спишшнгования;

- впервые изучена стадийность распада и рассчитана эффективная экерам активации распада пересыщенных твердых

растворов кобальта, щтркокия а железа, кобальта, циркония в алюминии; показана возможность повышения прочностных характеристик- исследуемых егшавов за счет эффекта дисперсионного твердения и сохранения мелкодисперсной структуры вьдозтощихся ннтерметаллндньк фаз;

впервые изучены коррозионные свойства быстрозакаленных сплавов системы AJ-Co-Zr в трехпроцентном растворе NaCl.

Практическая значимость работы. Сведения о фазовых равновесиях в тройных системах Al-Co-Zr, Fe-Co-Ze и четверной системе AI-Fe-Co-Zr, полученные в настоящей работе, могут служить справочным материалом Ддя исследователей, работающих в области материаловедения, а также руководством для направленного синтеза сплавов, обладающих определенным набором физико-химический свойств.

Результаты исследования процессов кристаллизации и распада пересыщенных твердых растворов з бысярозакаленных сплавах систем Al-Co-Zr, AI-Fe-Co-Zr являются теоретической основой для разработки технологии получения сверхпрочных алюминиевых сплавов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Строение изотермических сечений диаграмм состояния тройных систем Al-Co-Zr, Fe-Co-Zr во всем интервале концентраций при 770 К н четверной системы Aí-Fe-Co-Zr в области от 75 до 100 ат.% Al при 770 К.

2. Строение пояитерынческого разреза между интерметаляидами ZrAls, CoiAb, находящимися в равновесии с алюшшнем в системе AJ-Co-Zr , лучевого гтолитермического разреза

из алюминиевого угла с атомным соотношением компонентов Со:гг=2:1. ■

3. Фазовый состав быстрозакаленных сплавов систем А1-Со-2г, А1-Ре-Со-& в закономерности его изменения в залясимосги от содержания легирующих добавок.

4. Юшетнхг распада пересыщенных твердых растворов кобальта, циркония н железа, кобальта, циркония в алюшвти в интервале температур от 47& до 670 К.

д 5. Результаты по влиянию легирующих компонентов на

I

гсррозионныс свойства быстрозакаленных сплавов на основе дшшшх.

Авро&щяя работы к су1шаац*н. Осиовные результаты рабеян дждвяшалиеь ва иаучно-техннчрекон конференции СКГТУ (Вдздшавгао, 1995), - по материалам щяяргацт опубликовано б печатных работ.

Объем а структура я&а&рггтя. Диссертация состоит из медганж, литературного обзора, эксперимаггальной часта, обсуэдашяг резузататов, выгодо», сзиска шггературы, прщкщешк. Рабата- югеакза на Ж} страницах шгаягопвевого текста, ютючзег

_ рисунков, _ таблиц, _ фотографий. Список

яятердхурь* содержит__ваяменований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Вгедсаиг. Б дашоы разделе обоснованы актуальность работ?,!, выбор объектов исследования, сформулированы цель и

задачи.

С{Гздр литерахуры. В первой «гаепк литературного обзора рисек тзр-гша фггзиго - гшетгате- харзхтерисгаки ксходиых

- компонентов . po второй часта обзора дан анализ литературных сведений о взаимодействии алюминия с железом, кобальтом и 4 цирконием в двойных, тройных системах в разновесных условиях. В третьей частя обзора литературы проведен анализ имеющихся в литературе данных образования и распада пересыщеякых твердых растворов на основе алюминия с переходными металлами. Отмечается необходимость использования равновесных и мгтастабилъкых диаграмм состояния для прогнозирования образования пересыщенных твердых растворов и возможных продуктов их распада.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Материалы н методы исследования. В качестве исходных материалов использовались: алюминий марки А-999, цирконий иодидный ( 99,98 изс.% Zr), кобальт ( 99,95 мае. % Со ), железо ( 99,9 мае. % Fe).

Сплавы готовили в зяектродуговс й печи с нерасходусмым вольфрамовым электродом на водоохлавдаемом медком поддоне в «ткосфгре аргона. Геттером спутал гятая. Контроль состава сплавов осуществлялся взвешиванвш образцов до и после плавки, а также химическим и локальным рапгекоспапраяьньш анализами выборочных образцов.

Быстрозазгллешвдс сплавы получали в вида лент шириной от 2'з,о 5 им н толщиной 0,01-0.02 ми посредством быстрого охлаждения струн расплава на внешнюю поверхность вращающегося с большой скоростью (25-35 м/с) медного цилиндра. Скорость закалки составляла при этом 10 w К/с. С целью изучения термической устойчивости бысгроззжалеяньгх сплавов образцы подвергали

отжигам при 470 К, 5?0 К, 670 К в вахуумнровшгаых ампулах ш кварца или молибденового. стекла. Время отжига изменялось от нескольких минут до 12 часов.

Для проведения настоящего исследования были использованы следующие методы физико-химического анализа: рентген офазовый, локальный рентгеноотектральный,

микросгруктурньпЦ дюрометрическнй, дифференциально-

термический, сканирующая электронная микроскопия, а также изучалась коррозионная стойкость сплавов с помощью гравиметрического истода.

Рентгенофазовый анализ равновесных и

• бдстрозахадсиных сплавов проводили на дифрактомехре ДРОН-3 с использованием медного, железного излучения и ншеезевого фильтра.

Локальный рентгеяоепекгральный анализ сшивов проводили на приборе "1ХА-840 я при и=20 Кв.

Микроструктуру сплавов исследовали на микроскопе и К!еорЬос-2" (х250), Для выявления микроструктуры применяли метод химического травления.

Измерение твердости равновесных стлано» вроаодивн га приборе ТП-7ТТ-1 во ГОСТ 2899-75 методом вдавливания алмазной пирамидка с углом при вышине 136 0 с нагрузкой 50 Н (метод Вшжерса). Измерение твердости быстрозажаленных салавов из-за их малой толщины ( 0,01-0,02 мм) проводили на приборе ПМТ-3 по методу Внххерса с нагрузкой 0,1 Н.

* Определение температурных интервалов фазовых

превращений проводили ш усганогке ВТА-986, осназцгккой дифференциальной вольфрам-вальфрам-рениевон тд?моаарок, при непрерывном награшаш до 1со скоростью 80 К/с.

Изучение микроструктуры быстрозакаяенных сгогаьов проводили методом сканирующей зяегстронной микроскопии на микроскопе "МРЭМ-200" в режиме вторичных электронов при увеличении от i ООО до 5000 раз.

Для контроля за химическим, составом сплавов был использован полярографидесклй метод амагаза на точечном платиновом электроде на потенцносгате ПИ-50-!.

Для определения скорость" хоррозни быстроззкалеияш: сюгавов использовали гравиметрический метод. Скорость коррозии вычисляли по потере массы образца после удаления продуктов коррозии.

Фнзнко-химнческое исследование взаимодействия

I >

алюминия с железом, кобальтом, цярковием в равновесных условиях.

Анализ литературных данных показал, что взаимодействие в двойных системах Al с Со, Fe, Zr и Fe с Со, Zr изучено довольно полно. Имеются сведения о строении систем AI-Fe-Zr, Ai-Co-Fe, Сведения о строении системы Al-Co-Zr в области, богатой алюминием и системы Fe-Co-Zr при 77QK в литературе отсутствуют. Кроме тога, в литературе нет данных о строении четверкой сксгелш Al-Fs-Co-Zr.

Система Al-Co-Zr. Изотермическое сечение системы Al-Co-Zr при 770 К , построенное по результатам исследования, представлено на рис.i. Существование двойных интермэталличееккх соединений, образующихся в системах Aí-Zr, AI-Co, Co-Zr подтверждено комплексом методов физшсо-хнхшческого анализа. Для шести тройных соединешш в системе Al-Co-Zr : Zr Coi Al .. ZrCoi,«,6 A1o,s-m , Zr Coo,5-o,2 Al¡>i,s, Zrs Со ЛЬ , Zr» C07 Abi , Zr Со AL-, былз определена структура н рассчитаны периоды решеток. В системе Ai-

Со-2-г при ?70К образуется большое число двух- и трехфазных областей, показанное . на рнс. 1, из-за чего изотермическое сечение принимает довольно сдожкнй вид, В равновесии с алюминием находаггса 2хАЬ и СогАЬ. Проникновение этих кнтер к етаядид о б в тройную систему невелико н составляет не более 2 ат.% третьего компонента.

Для прогноза фазового состава бысгрозакаленных сшивов тройной ' системы, необходимо знание процессов кристаллизации, происходящих в ней. С этой целью, были построены: политермический разрез меязду интерметаллическими соединениями 2ОДЬ-СогАЬ н4 лучевой политермический разрез с атомным соотношением компонентов Са\7х = 2:1, на котором расположены составы быстрозакалеииых сплавов. Ликвидус разреза между ннтерметаллндамн 2*АЬ и СогАЬ состоит из трех ветвей, отвечающих температурам начала кристаллизации фаз: 2гАЬ, СогАЬ, СоцА)». Между соединениями ZtAb и СогАЬ установлено эвтектическое взаимодействие при температуре 1240 ± 5 К..

Ликввдус лучевого полнгермнчесхого разреза системы А1-Со-гг с атомным соотношением компонентов Со:£г=2:1 состоит из довольно протяженной ветви, отвечающей температуре начала кристаллизации фазы СогАЬ, и небольшой по протяженности ветви, отвечающей началу кристаллизации А1. Между твердым раствором на основе алюминия и шггерметаллическон фазой СогА!» обнаружено нонвариаятное равновесие при температуре 933 К.

Скстеца ¥о-Со-Ът. Изотермическое сечение системы Ре-Со2х при 770 К во всём {Гктервале концентраций железа показано на ркс.2. Установлено, что между соединениями ^Рез н 2зСог, имеющими одинаковую щк решетку (етруктурр-ый тип М^иг), а также между ZтxFt н ХпСо, обладающим}! объемно центрированной

тетрагональной хрлстаялячесхой решеткой (типа CuAh ), существует два непрерывных рада твердых рзегзороз as основе ZtMpi и ZnMc соответственно. Между областями твердых растворов и интерííетадго!чеекисоединениями существуют обширные двух- и трехфазные поля (рис.2). Тройных соединений в системе Fe-Co-Zr при 770 К яе обнаружит.

Система Al-Fe-Co-Zr. Полуденные результаты прозедениых исследований по юукяюо фазовых равновесий в система* Al-Co-Zr, Fe-Co-Zr при 770 К, а также использование литературных данных о строении тройных систем Aí-Fe-Zr, Al-Co-Fc, стало возможным нзучеше четверной системы AJ-Fe-Co-Zr. В настоящей нгшедежанйяг royiess ч&кяь тогагвкай скстшы в области от 75 до ICO ат.% AL По данным рвяттексф&зового, локального р«лгено-ахащттвагг} я Hsscpocipysrrypaoro ьеетодо® апаяаза образцов сштог системы Al-Fe-Co-Zr построена еяека расположения фааоныя о&засгсй » четмраей сясгем&врн 770 К (рас.З), В ргшюгссни с аяюшпагеаг находятся жггсриеталлягческие ссздянгязиг Со?А1р, FeAlj, ZrAlv которые незначительно прошшжт в область трехфазного равновесия. . Бсвызухз часть кокцапрадащного - тгтрзздра ззкншгх область четырехфалпого югаиодеЗсгвга (Al+CozAfe-í-FeAb +ZrAb). Кроме того, з кштадушой шеггие яри 770 К а результате взаимодействия вышеуказанных ннтермегашгндов мазду собой н с твердше раетторои на основе Ai образуются со<ггветсггаугещве дах в трехфазные поля.

(гссведонидое snswgf&crascs хагажюит с яеяезем, кпбаяьтси и циркоявея г керавяезгеяых усложняя..

Результат« фазяхо-химичесхого анализа равновесных »■Í053SOB «rerra Ai-Co-Zr, Fe-Co-Zr, Al-Fe-Co-Zr позволили

врогнозиройать фазовый состав бьхстрозгка-чскньп; аотавов тройкой

И ЧЭТкрВОЙ ЗЛЮМИННСВЫХ CJICICM.

Для изучения быстрозакаленньн сплавов тройной системы Al-Co-Zr бьшн взяты образцы, которые по составу находятся на луче из алюминиевого угла с атомным соотношением компонентов €o:Zr - 2:1. Учитывая строение лучевого полктермического разреза системы Al-Co-Zr из алюминиевого угла с •йтегашм соотношением комноиеяггов Co:Zr = 2:3 , а также j литературные данные .с лучевом разрезе системы AJ-Fe-Zr , моэгао предположить, что фазовьш состав тройных и четверных быстрозахалешшх сплавов, полученных (10 ** К/с), будет следующим : нересыщеннкй твердый раствор на основе алюминия AI п (Co,Zr), Al'n (Fe, Со, Zr) или AI n (Zr) + CoiAl», Aiti (Fe,Zx) + CoiAb. Результаты исследования фазового состава быстрозахаленвых сплавов методами рентгенофазового и кикроорукгурного анализов показали хорошее соответствие экспериментального материала теоретическому прогнозу на основании строения равновесных диаграмм состояния. Так, дафрактогранмы всех тройных и чегйерных быстрозакаяениых едлавйв содержат либо одну систему отражений от гцк ранетки алюминия, либо систему отражений от двух крнсгалзлческих решеток: гш. (AI) н моноклинной (CoiAls). Границу переезшдешюго твердого раствора проводили .между шавдзаш (щ&фаэтш я аерёьш даухфазньо^ссдавами, согласно даянкщ рштгаюфазогого в мшроаруетурного гнзяизов.Т.о. •максимальная растворимость Со н Zr пря совместном легировании в AI (10 ^ К/с ) составляет 0,54 ±0,13 ат.% Со, а в пересыщенном твердом растворе на основе AI четверной снетець? при тех же услозгшх - 0,i2 ± 0,ßS öt.%.

Пересыщежше твердое растворы Со и 7л з А1 обладают довольно небольшой копцеатрааноякой областью сут^аъсвят?. Так , сплавы на основе А1 с содержанием Со до 0,4 зт.%, 2г до 0,2 ат.% являются однофазными по данным рееттшефазойого ашитш н скашфугоа^ей электрснпон микроскопии, и образцы с содержанием добавок Со более 0,4 ат. %, 2х более 0,2 ат. % кзгшадтся двухфазными.

Аналогичная картина злписнмоегпг фазового состава быстрозак ¡зленных сплавов от концентрации легирующих компонентов наблюдается в системе А1-Ре-Со-2г, По результатам исследования образцы сплавов состава М - 99,97 - 99,82 ат. %, Ре - 0,014 -0,08 ат." %, Со - 0,006 - 0,04 ат. % . 2г - 0,01 <0,06 ат. % являются однофазными ( зтой фазой является пересыщенный твердый раствор Ре,-Со, в А1). А сплав состава А1 - 99,1 ат. %, Ре - 0,4 ат. %, Со - 0,2 ат. %, 2г - 0,3 ат. % является двухфазным, так как днфрактограмма сплава этого состава демонстрирует систему отражений от плоскостей кристаллических решетох гцк (А1) н моноклинной (СогАЪ) собственного типа.

Рашзд верссыщеавых твердых рзеггоров етлзза, кобальта а ¡уфкошя г алшшшми.

Длз исследования термической устойчивости БЗС систем А!-Со-£г, А1-Ре-Со-2кг н изучения кинетики распада пересыщенных таердагх растворов Со и 2г в А1, а также Ре, Со, 2х з /1! быта проведай.! взотермкчеезше стшгн при 470 К, 570 К, 670 К. Время прагеэсзккх казной сгадан процесса распада пересыщенных твердых рзстеороз переходных металлов в алюминии Определялось по положению изломов на кривых "твердость - время еттга За время И'Шй распада пер«злцгш<их твердых растворов принимали время, прв котором наблюдалось у&скячение таердосга. Выделившие фазы

«г

¡г

идентифицировали с помощью рентгенофазового анализа. Методом сканирующей электронной мщфоскопкк показано образование пересыщенных твердых растворов и начало выделения интерметаллидньа фаз. Пересыщенные твердые расгворы Со и Zr в AI, образующиеся в бысхрозакалекных сплавов системы Al-Co-Zr, обладают довольно низкой термической устойчивостью. Первой ю пересыщенного твердого раствора выделяется равновесная шггерыстаяяическагфаза СогАЪ, а затем ZrAb. На рис.4 представлены Т-Т-Т диаграммы (Т-Т«Т- аббревиатура Teffiparamre-TiHie- -Transformation) бысгрозакаленных сплавов системы Ai-Co-Zr, кшэощих состав: AI - 99,9 t st. %, Со - 0,06 ат. %, Zr- 0,03 ат. %, AI -шт,l Со - 0,46 st- %, 2г - 0,20 ат.%, xagaxrepmysos^t« хашфггг^рш-Ераиенньге параметры процесса ргащда иг$ЯЕЬвчвяш« ткррых рветвороа Со я Zr в AI Из рнс.4 видно, что ври расход? лграшщгявого хве?®ош-расж>ра мохно выдашь да евддвиввдиаш

Ahl (CoyZi) ~*А1п (Zr) + СогА!?, Ala(Zr) Alp + ZrAb. Дкфраэтсграимм сшшк» ужазашшхсоставов, прошедших различного т^шзобрдбаиЕу, додгв^ждашт посйдоватекьное . выделение шт^метгляндкой фазы CcnAh, а затем - ZrAb. Характер кривых даше^сишЕЮПз твердения также подтверждает последовательное аыдекшке иат^мегаяяячеешх фаз.

Кг® уже отмечалось, уветгоенне содержания легирующих изшюггегло» & бькярозагяленных сцлавах свыше 0,66 ат. % Со в 6,33 ах. % Zr приводят к тигкекию его фазового состава, при зток 'нрддае:£одагг совместная крнештнзацна двух фаз : пересыщенного тщуджо раствора AIn (Zr) и штгермегалхшческой фазы CöiAk, .

Дальнейший распад пересыщенного твердого раствора ¿'г s Ai происходит, очевидно, по схеме: Ain (Zr) -+ Alp -г ZrAb.

Процессы распада ПТР Со и Zr в системе AJ-Co-Zr аналогичные таковым s системе Al-Fe-Co-Zr. Т-Т-Т дазграммы сгашсз четверной системы (рис.5) демонстрируют стадии выделения из пересыщенного твердого раствора Ain (Fe, Со, Zr) шп'ерметалличееккх фаз СозАЬ, FeAb, ZrAtj, Быстрозакаленкый сшив четверной системы, с составом A3 -59,1 ат. %, Fe -0,4 ат. %, Со -0,2 ат. %, Zr -0,3 ат. %, является двухфазным и распад пересыщенного твердого раствора Fe и Zr в А] происходит с выделением равновесных фаз FeAb и ZrAIj. i

Образование н распад пересыщенных твердых распюров Fe , Со к Zr в Ai при сверхбыстрой закалке в системах Al-Co-Zr н Al-Fe-Co-Zr подтверждены результатами электронной микроскопии. С помощью электронной мнхроскошш можно наблюдать выделения фазы CczAb, которая происходит при термическом отжиге. вышеуказанных сплавов при 470 К через 0,3 ч.. Увеличение времени отжига до 12 ч. нз приводит к заметной коагуляции выделившихся часгяц первичных включений алюмнкедоз переходных металлов .

Расчет эффективной знерпга активации, позволяющий оценить устойчивость пересыщенных таердых растворов в гистемах Al-Co-Zr, Al-Fe-Co-Zr был сделан с помощью уравнения Аррекиуса. Значения эффективной энергии активации не превышает 10 кДж, что сравнимо с ошибкой эксперимента и указывает нз низкую термическую устойчивость пересыщенных твердых растворов в >ысфозакаленяых сплавах изученных систем.

Из литературы известно, что механизмы распада гсреешцешшх твердых растворов могут быть различными:

непрерывным (спинодалвньш) к прерывистым. Если механизм распада спинодаяьныя, то эффективная энергия активации должна быть равна нулю. Непрерывное (слинодалькое) выделение иетерметашшдной фазы наблюдалась ранее при малых добавках циркония, вольфрама, молибдена в двойных алюминиевых сплавах. Оно характеризуется наличием однофазной структуры, нз которой при отжиге выделяется мелкодисперсная фаза, равномерно распределенная по всему объему сплава. Макроструктура исследуемых быстрозакаленных сплавов систем А1-Со-2х н А1-Ре-Со^г с малыми добавками легирующих компонентов (Со-0,06; 0,08 ат.% , £г-0,03 ; 0,04 ат.% в системе А1-Со-2г иРЫ),014; 0,07 ат. %, Со-0,006 ; 0,02 ат.% , 2г- 0,01; 0,03 ат.% в системеА1-Ре-Со-2г) имеет те же особенности, что н описанные ранее в литературе.

Однако, отсутствие латентного периода зарождения ингерметаллкческой фазы СогАЪ в сплавах с малыми добавками Fe.Co.Zr, может объясняться и лабильным состоянием быстрозакаленных сплавов.

Согласно полученным результатам, пересыщенные твердые растворы в быстрозакаленных сплавах тройной и четверной систем с более высоким содержанием легирующих компонентов распадаются по механизму зарождения н роста. В образцах с составом легирующих компонентов: Со-0,67 ; 2,00 ат.% , 2х~ 0.33; 1,00 ат.% и Ре- 0,08 ат.%, Со-0,04 ат.%, 7л- 0,06 ат.% при непродолжительной термической обработке (0,3 ч.) образуются зародьшш ннтерметаллической фазу (2хАЪ и РеАЬ соответственно).

Изучение механических свойств бысгрозакаленных силавов ялтмиккз с железом,кобальтом н цирконием.

В настоящей работе установлены величины эффектов дисперсионного твердения быстроз&каденяых сплавов системы

Л!-Со-гг. Максимальная твердость з исследуемых быстрозакаленных сплавах достигается ври тешеразуре термической обработки 470 К после 4 ч, отжига и составляет -1930 МПа, где упрочнение происходит ^за счет выделения фазы СогАЬ, , Наибольшее упрочнение в быстрозахаленных сшивах системы А1-Ре-Со-& следует ожидать при термообработке сплава состава А1-99,1ат.% , Ре-0,4 ат.%, Со-0,2 ат.% , 2г-0,3 ат.% прн 470 К в течении 0,6 ч., твердость которого составляет - 560 МПа.

Исследование показало, что характерной особенностью бьнпрозахаяешшх сплавов тройной и четверной систем является то,

что оня длительное время сохраняют свою ыккрокристаллп'гескую

»

структуру.

Изучсзв« ВГйррОЗВСКЯЫХ сзойств сшивов алгемшшяс ' кобальтом а йкрконаем.

Характерные особенности быстрозахаленных сплавов, в ряде случаев, отлнчакгг их от равновесных по коррозионным свойствам. Накоплен обширный экспериыеетадышй материал, свидетельствующий об улучшенных коррозионных характеристиках быстрозакалешшх сплавов по сравнению с равновесными или литыми. .

Для изучения коррозионных свойсгв быстрозакалешшх еплавоз были зыбраны образцы сплавов системы А1-Со-&. В кэтесга« агрессавкой среды был вззгг тркхггроцетп гй раствор хлорида натрия, т.к. хлорид-коны тщяскфшцфуюгг пятганговую коррозию алюшшневых сплавов. Проведенный эксперимент показал, тго быстрозахапевные сплавы ннезот дезояызо шикую скорость коррозии '{Ю-3 г/и2 сут), рассчитанную ъ результата гравжисфачшссго анализа. Скорость жоррозда иа порядок ¡т-штте значений да® скоростей коррспхл материалов, которые ¿то РОСТ

13819-68 считаются высокостойкими, т.е. скорость коррозии которых составляет 0,8 г/м2 суг.

ВЫВОДЫ

1. Впервые с помощью хомллехса методов физико-химического анализа изучен характер фазовых равновесий б системе Al-Co-Zr при 770К с последующим построением полктермаческого

1 разреза между интермсталлвдами СогАЬ и ZrAb и "лучевого политермкчесюго разреза из алюминиевого угла с атомным соотношением компонентов Со2г = 2:1.

2. Впервые установлен характер фазовых равновесий в системе Fe-Co-Zr при 770К во всем интервале концентраций. Установлено, что между шггерметаляическими соединениями ZrCo2, ZrFc2 в ZrzCo, ZrzFe" реализуется два непрерывных рада твердых растворов.

3. Впервые комплексом методов физико-химического анализа установлегш фазовые равновесия в области богатой алшшшием в системе Al-Fe-Co-Zr при 770 К.

4. Впервые установлены закономерности измеыеншг фазового состава быстрозакалснных сплавов снсген Al-Co-Zr, AI-Fe-Co-Zr, полученных при сверхбыстром охлаждении К/с) в зависимости от коыцеятрацшг легирующих добавок. Обнаружено образование пересыщенных твердых растворов : кобальта, циркония вапюшшиг; агелеза, кобагата, цкркшня в алюминия.

5. Установлена стадийность распада пересыщенных твердых растворов на основе алюминия в системах Al-Co-Zr , Al-Fe-Co-Zr в интервале температур 470-670 К. Определены теипературно-врсмешше гар&уетры цротасаяия стадий распада. .

6. Впервые рассчитаны значения эффекпшнон энергии иггнвацин распада пересыщенных твердых растворов переходных металлов в алюшшии. По данным расчета эффективной энергии кшвацкв пересыщенные твердые растворы нз основе А1 в с,четен ах \l-Co-Zr, А1-Рс-Со-2г обладают небольшой кинетической устойчивостью.

7. Изучено влияние железа, кобальта, цвркония на величину щсперсиояного твердеет« в • быстрсзахалшных сплавах систгм У-Со-7л, А!-Ре-Со-21г.

8. Установлено, что добавки кобальта к сплавам алюминия ; Е®рижш! замедляют коагуляцию вьщеянвпншя фаз, что приводят с стабшхкзгщпн ишсра^кгсташоттаЗсон структуры.

9. Нзучгяа коррозионная стойкость быстрозак&гкякьа . ¡плавов шетш А!-Со-2г. Показано, что нх можно отнести к атегорик зоррезясшгоэтоёкнх ьгатернзлоз вз ссяозе голодания.

По тая дюзжртацпа остубдггео&гаы елгдутехгзе р;5отм: • I. Мятежна КВ., Казакова Е.Ф., Адазазов В.А., Зсковоасхаа ЕМ- Фззезыс ргягогссия з скстагг га-Со-Хх при 770 К// ■5зв. Вузов Цветазз исшддуртня. 1994,- Ш 4-6.-c.S0v

2. Мншегаша И.В., Казакова В.Ф.Г Алихакоз В.А., Иокояовская Е,М. Фазсзые равновесия з системе А1-Со2г при 770 К.// 1зв. Вузов Цвепщя негадлурпм. !995.- № 3.-С.102.

ч3. МИшенина И.З., Казакова Е.Ф., Алиханса В.А. базовый состав быстрозакаленных сплавов алюшшпя с кобальтом и Зфконием. В сб.: Труды СКГГУ. Владикавказ, 1995 г.

4. Мшдеянна И.В., Казахова Е.Ф., Алнхвио^ В .А., 'огялозегг-з ЕМ. Фазовые рзвггсзесня в системе А1-Рс-Со-2г при 770 В сб.: Труди СКГГУ. Влящпсаг,кгз1 1995 г.

5. Мдаыенина И.В., Казакова Е.Ф., Алиханов В.А Соколовсхая Е.М. Исследование сплавов кобальта с цирконием алюикиием. В сб.; Тезисы докл. научно-технической конферекци СКГТУ. Владикавказ, 1935.-c.4S.

6. Мншешша И.В., Казакова Е.Ф., Соколовская Е.М Толмачева Н-.Ю. Изотермическое сечение систолы Гс-Со-2х пр 770 Ю/ Вести. МГУ.Сер.2.Химия, 1996, »1.

At

. Pkï Ь Иэотермичеосое сечение сястемы M-Co-Zr при 770К.

/

Ъ-Шг^Щ ' е'о фе '

Рис 2. Изотермическое ссченке системы Ре-Со-2г при 770К.

. Л? А» Д> А? Л? ^ /¡7 > ' /Уда ^

Рис 3. Изотеомичеекос сечение системы А1^Сь-гг при 770 К,

Г*-J

i?Û

m

-

Г

I *

Л

\

Л

€ t/£

Pit« 4. T-T-T-диаграмма яла быетрозакзлеавога еадага tomes-AÎ-99,91 st. Со-0,06 ат. % Zr-0,03 ат. %

ХК

670-

Ш m

Jt+GkM, ФА% Ш^ь-М^

1 Í

I

г # / 9 &Ttt

Рнс5, Т-Т-Т-диаграмма дш быстроигалючого «ияза еосгеп:

Á¡r99M ат.%, Fc-0,0? ат.% , СЫЩ ят.%, Zr-

»

ô

»