Стабильность матрицы АК7 при её упрочнении продуктами рециклинга бронзы БрО5Ц5С5

Анотація

Создание новых материалов для отраслей техники, разработка и совершенствование технологии их получения – актуальные проблемы современного машиностроения. Общим недостатком большинства композитов, в том числе и литых композиционных материалов (ЛКМ), является недостаточное количество и высокая стоимость наполнителей: керамических, боридных, карбидных, оксидных и др. волокон и частиц. Кроме того, в своем большинстве волокнистые материалы не производятся на украинских предприятиях. Поэтому целесообразным является использование дешевых и технологичных материалов с низкой стоимостью, что позволит повысить привлекательность ЛКМ для машиностроения. В то же время, упрочняющие составляющие ЛКМ должны иметь высокую структурную термическую стабильность, не деградировать в алюминиевой матрице, сохраняя свои свойства упрочнителя во всем интервале температур эксплуатации. В качестве дешевых и эффективных упрочнителей алюминиевых сплавов можно использовать отходы механической обработки сплавов меди (бронзы латуни), при условии их эффективного соединения с алюминиевой матрицей и обеспечения термической стабильности упрочняющей составляющей.
После магнитной сепарации, промывки и термической сушки стружки бронзы БрО5Ц5С5, консолидацией в твердофазном состоянии АК7 был изготовлен композит. Заливки проводили в стальной кокиль. С отливки были вырезано образцы для термического анализа. На первом этапе исследований образцы нагревали в атмосфере аргона до температуры 500°С без плавления матрицы ЛКМ. Цикл исследования длился 5 нагревов и 5 охлаждений на одном образце. После чего, образец ,не вынимая из камеры печи ДСК анализатора, был нагрет до 700°С и расплавлен.
Рис.1 Кривые ДСК: 1 – первого нагрева, 2 – третьего нагрева, 3 – разница кривых первого и третьего нагревов.
1
2
3

На кривой первого и последующих нагревов повторяются два низко интенсивных экзотермические пика: первый (164,1°С) соответствует точке плавления свинца, второй соответствует плавлению мультикомпонентной эвтектической фазы на базе Sn-Zn-Pb. Кривая первого нагрева существенно отличается от четырех последующих идентичных между собой. На рис. 1 показано комбинацию кривых разного нагрева, а также кривую полученную разницей между данными кривой первого нагрева и третьего нагрева. Видно, что при первом нагреве происходят экзотермические и эндотермические процессы: снятие механических напряжений, диффузия и перераспределение элементов, рекристаллизация и.т.д., которые завершаются при температуре 432,2°С, то есть система переходит к равновесному состоянию и при последующих переплавах эти эффекты уже не наблюдается. При последовательном нагреве до 700 градусов и охлаждении были зафиксированы температуры начала плавления матрицы, которая составила 509°С, при этом наблюдается пик одностадийного плавления характерного для эвтектических систем, что говорит о формировании состава матрицы на основе эвтектической системы Al80.4Cu13.6Si6 (524°С), вследствие твердофазной диффузии. Следовательно, после термообработки при 500°С ЛКМ на основе сплава АК7 с упрочняющей фазой формируется термически стабильная композиционная комбинация с алюминиевой матрицей эвтектического состава.