Железо в литейных алюминиевых сплавах

Основные факторы влияния железа

  1. Железо является главным примесью, которая отвечает за низкий уровень ударной вязкости обычных алюминиевых сплавов.
  2. Железосодержащей фазой, которая образуется из жидкости в высококремнистых алюминиевых сплавах является β-FeSiAl5.
  3. Частицы β-FeSiAl обычно называют игольчатыми или иглообразными, хотя на самом деле они являются пластинами.
  4. Добавки в сплав марганца в количестве, равном половине содержания железа, меняют фазу β-FeSiAl на фазу α-FeSiAl с химической формулой (Fe,Mn)3Si2Al15. Эта фаза уже не игольчатая, а чем-то напоминает письменный шрифт. Она не такая вредная, как игольчатая, хотя еще остается охрупчивающей фазой (рисунок 2).

zhelezo-v-liteynom-aluminievom-splaveРисунок 1 – Иглы β-FeSiAl

zhelezo-alyuminievyy-splav-a357Рисунок 2 – Частицы α-FeSiAl – менее вредные, чем иглы β-FeSiAl. Сплав А357

Скорость охлаждения и размеры игл β-FeSiAl

  1. Длина игл β-FeSiAl является функцией скорости охлаждения. Мерой скорости охлаждения служит междендритное расстояние в структуре сплава. Чем выше скорость охлаждения, тем меньше междендритное расстояние.
  2. С увеличением содержания железа в сплаве длина игл β-FeSiAl также увеличивается (рисунок 3).

zhelezo-liteynye-aluminievye-splavyРисунок 3 – Зависимость длины игл β-FeSiAl от междендритного расстояния вторичных дендридов (Источник – Biswal и др.)

Иглы β-FeSiAl и механические свойства

  1. Присутствие в микроструктуре алюминиевых сплавов игл β-FeSiAl снижает их механические свойства.
  2. Больше всего иглы β-FeSiAl снижают на вязкие свойства алюминиевых сплавов, особенно вязкость вторичных сплавов с высоким содержанием железа (рисунок 4).

fig4Рисунок 4 – Сравнение механических свойств сплава А357 с высоким (0,093 %) и низким (0,055 %) содержанием железа (Источник: F. Major, Alcan)

Источник: European Aluminium Association, 2002