Chia sẻ bài báo qua Email NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH TỔ CHỨC HỢP KIM TRÊN CƠ SỞ AlFeSi NGUỘI NHANH VỚI SỰ CÓ MẶT CỦA Mn VÀ ĐẤT HIẾM
Thông tin bài báo
Ngày nhận bài: 03/01/24 Ngày hoàn thiện: 29/02/24 Ngày đăng: 29/02/24Các tác giả
1. Nguyễn Hồng Hải, Đại học Bách khoa Hà Nội2. Lê Minh Đức, Trường Đại học Lê Quý Đôn
3. Hoàng Thị Ngọc Quyên
, Đại học Bách khoa Hà Nội4. Nguyễn Ngọc Tiến, Sở Khoa học và Công nghệ Thái Nguyên
5. Nguyễn Quốc Tuấn, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Tóm tắt
Hợp kim Al-Si là loại hợp kim được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại hợp kim Al do có cơ tính cũng như tính đúc tốt. Tuy nhiên sự tồn tại của pha liên kim b-Al5FeSi trong hợp kim này là rất có hại và cần được thay thế bởi pha a-Al8Fe2Si hình dáng chữ Trung Quốc ít có hại hơn hoặc bằng pha AlFeSiMn phức tạp hơn nhưng gọn hơn. Vấn đề có thể được giải quyết bằng cách bổ sung Mn hoặc các nguyên tố đất hiếm, hoặc bằng cách tăng tốc độ nguội. Để tiến hành thực nghiệm, 1,5 kg vật liệu có thành phần Si: 1,94%, Mn: 4,1%, Fe: 1,04%, Al al. được nấu trong lò điện trở, khử khí bằng cách thổi Ar trong vòng 2 phút, sau đó được rót vào khuôn đồng hút chân không để đúc các mẫu có chiều dày 1, 3 và 6 mm với tốc độ nguội cao, có thể lên tới 103 K/s. Với sự có mặt của Mn các pha liên kim chứa sắt có hại như b-Al5FeSi được thay thế một phần bởi pha liên kim 4 cấu tử AlMnFeSi do các nguyên tử Fe bị các nguyên tử Mn thay thế. Tốc độ nguội cao cản trở quá trình khuếch tán Si từ kim loại lỏng vào pha a-Al8Fe2Si chữ Trung Quốc và giữ nó ổn định ở nhiệt độ thường. Việc bổ sung các nguyên tố đất hiếm có thể làm thay đổi hình thái của pha b-Al5FeSi và làm cho chúng nhỏ mịn hơn rất nhiều nhờ cơ chế “đầu độc”. Kết quả là pha b-Al5FeSi có hại hoặc là hoàn toàn vắng mặt, hoặc bị vỡ vụn thành những mảnh nhỏ, hứa hẹn cải thiện đáng kể các tính chất cơ học của hợp kim.
Từ khóa
Toàn văn:
PDFTài liệu tham khảo
[1] J. R. Davis (editor), Aluminum and aluminum alloys. ASM International, Ohio, 1993.
[2] A. Couture, “Iron in aluminum casting alloys-A literature survey,” AFS Int. J. Cast. Met., vol. 6, pp. 9-17, 1981.
[3] N. T. Nguyen and H. H. Nguyen, “Effect of electromagnetic stirring on the shape change, size of intermetallic phases and mechanical properties of A356 alloy,” in The 13th Asian Foundry Congress, 2015, pp. 227-233.
[4] L. Bäckerud, G. Chai, and J. Tamminen, Solidification Characteristics of Aluminum Alloys: Foundry Alloys, vol. 2, AFS/Skanaluminum, 1990, pp. 71-84.
[5] R. Kakitani, A. V. Rodrigues, C. Silva, A. Garcia, and N. Cheung, “The roles of solidification cooling rate and (Mn,Cr) alloying elements in the modification of β-AlFeSi and hardness evolvements in near-eutectic Al-Si alloys,” Journal of Alloys and Metallurgical Systems, vol. 1, 2023, doi: 10.1016/j.jalmes.2023.100005.
[6] J. M. Sanchez, M. Arribas, H. Galarraga, M. G. de Cortazar, M. Ellero, and F. Girot, “Effects of Mn addittion, cooling rate and holding temperature on the modification and purification of iron-rich compounds in AlSi10MnMg(Fe) alloy,” Hellyon, vol. 9, no. 2, 2023, Art. no. e13005.
[7] X. Lan, K. Li, J. Wang, and M. Yang, “Developing Al–Fe–Si alloys with high thermal stability through tuning Fe, Si contents and cooling rates,” Intermetallics, vol. 144, no. 2, 2022, Art. no. 107505, doi: 10.1016/i.internat 2022.107505.
[8] D.-F. Song, Y.-L. Zhao, Z. Wang, Y.-W. Jia, H. Huang, D.-T. Zhang, and W.-W. Zhang, “Effect of Mn/Fe ratio on Fe removal efciency and tensile ductility of an Al–7.0Si–2.4Fe alloy,” Journal of Materials Research, vol. 36, pp. 1357–1366, 2021, doi: 10.1557/s43578-021-00194-6.
[9] D.-F. Song, Y.-L. Zhao, Z. Wang, Y.-W. Jia, D.-X. Li, Y.-N. Fu, D.-T. Zhang, and W.-W. Zhang, “3D Fe-rich phases evoluation and its effect on the fracture behavior of Al-7.0Si-1.2Fe alloys by Mn neutralization,” Acta Metallurgica Sinica (English Letters), vol. 35, pp. 163–175, 2022.
[10] X.-Z. Zhang, D.-T. Wang, X.-Z. Li, H.-T. Zhang, and H. Nagaumi, “Understanding crystal structure and morphology evolution of Fe, Mn, Cr-containing phases in Al-Si cast alloy,” Intermetallics, vol. 131, 2021, Art. no. 107103.
[11] X. Z. Zhang, D.-T. Wang, H. Nagaumi, Y.-X. Zhou, W. Yu, X.-Y. Chong, X.-Z. Li, and H.-T. Zhang, “Morphology, thermal stability, electronic structure and mechanical properties of α-AlFeMnSi phases with varying Mn/Fe atomic ratios: Experimental studies and DFT calculations,” Journal of Alloys and Compounds, vol. 901, April 2022, Art. no. 163523.
[12] X.-M. Chen, Q.-P. Dong, Z.-G. Liu, and H. Nagaumi, “Fe-bearing intermetallics transformation and its influence on the corrosion resistance of AlMgSi alloy weld joints,” Journal of materials research and Technology, vol. 9, no. 6, pp. 16116-16125, 2020.
[13] Y. Yang, “Primary solidification of ternary compounds in Al-rich AlMnCe alloys,” Journal of Alloys and Compounds, vol. 844, 2020, Art. no.156048, doi: 10.1016/j.jallcom.2020.156048.
[14] F. Prusa, D. Vojteˇ, M. Bláhová, A. Michalcová, T. Fr. Kubatík, and J. Cˇízˇek, “Structure and mechanical properties of Al–Si–Fe alloys prepared by short-term mechanical alloying and spark plasma sintering,” Materials and Design, vol. 75, pp. 66-75, 2015.
[15] J. Yu, “Formation of Intermetallic Phases in Al-10Si-0.3Fe based Alloys,” PhD. dissertation, the Institute of Applied Materials of the Helmholtz-Zentrum Berlin for Material and Energy, Berlin 2016.
[16] C.-L. Chen, “Characterisation of Intermetallic Phases in Multicomponent Al-Si Alloys for Piston Applications,” Doctoral thesis, Institute of Polymer Technology and Materials Engineering Loughborough University, September, 2006.
[17] J. A. G. Toscano et al., “Microstrcture of Al9(MnFe)Si intermetallic produced by pressure-assisted reactive sintering of elemental AlMnFeSi powder mixtures,” Materials Letters, vol. 57, no. 15, pp. 2246-2252, 2003.
[18] P. B. Crosley and L. F. Mondolfo, “The mechanism of silicon modification in aluminum-silicon alloys: Impurity induced twinning,” AFS Trans., vol. 74, pp. 53-64, 1966.
[19] S.-Z. Lu and A. Hellawell, “The mechanism of silicon modification in aluminum-silicon alloys: Impurity induced twinning,” Metallurgical Transactions A, vol. 18, pp.1721–1733, 1987.
DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.9526
Các bài báo tham chiếu
- Hiện tại không có bài báo tham chiếu