vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2020-65-3-292-298vestift-613Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYСтруктура и свойства быстрозатвердевающей фольги сплава Sn – 14 ат.% In – 6,5 ат.% ZnStructure and properties of rapidly solidifing foils Sn – 14 at.% In – 6.5 at.% Znhttps://orcid.org/0000-0002-5899-1690ШепелевичВ. Г.ShepelevichV. G.

Шепелевич Василий Григорьевич – доктор физикоматематических наук, профессор

пр. Независимости, 4, 220030, Минск

Vasiliy G. Shepelevich – D. Sc. (Physics and Mathematics), Professor

4, Nezavisimosti Ave., Minsk, 220030

Shepelevich@bsu.byhttps://orcid.org/0000-0002-9796-4476ГусаковаО. В.GusakovaO. V.

Гусакова Ольга Вадимовна – кандидат физикоматематических наук, доцент

ул. Долгобродская, 23, 220070, Минск

Olga V. Gusakova – Ph. D. (Physics and Mathematics), Associate Professor

23, Dolgobrodskaya Str., Minsk, 220070

Ol.gusakova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-0366-0584ГусаковаС. В.GusakovaS. V.

Гусакова София Викторовна – кандидат физикоматематических наук, ведущий инженер

пр. Независимости, 4, 220030, Минск

Sofia V. Gusakova – Ph. D. (Physics and Mathematics), Lead Engineer

4, Nezavisimosti Ave., Minsk, 220030

husakova@bsu.byМеттоЕ. С.MettoE. S.

Метто Екатерина Сергеевна – студент

пр. Независимости, 4, 220030, Минск

Ekaterina S. Metto – Student

4, Nezavisimosti Ave., Minsk, 220030

Kmetto@mail.ruБелорусский государственный университетBelarusian State UniversityМеждународный государственный экологический институт имени А.Д. Сахарова Белорусского государственного университетаInternational Sakharov Environmental Institute of Belarusian State University202020102020653292298Copyright © Шепелевич В.Г., Гусакова О.В., Гусакова С.В., Метто Е.С., 20202020Шепелевич В.Г., Гусакова О.В., Гусакова С.В., Метто Е.С.Shepelevich V.G., Gusakova O.V., Gusakova S.V., Metto E.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/613

Представлены результаты исследований влияния сверхвысоких скоростей охлаждения расплава, равных 105 K/с, на фазовый состав, микроструктуру, зеренную структуру и механические свойства сплава Sn – 14 ат.% In – 6,5 ат.% Zn. Для изготовления образцов использовался метод сверхбыстрой закалки из расплава. Капля расплава инжектировалась на внутреннюю поверхность быстровращающегося медного цилиндра и затвердевала в виде фольги, толщиной 30–90 мкм. Исследования фазового состава, проведенные методом рентгеноструктурного анализа, позволили установить, что фольга состоит из твердого раствора цинка в γ-фазе (Sn4In) и цинка. Наблюдения за микроструктурой фольги с помощью растровой электронной микроскопии показали, что при комнатной температуре протекает распад пересыщенного твердого раствора с выделением дисперсных частиц цинка. Методом дифракции обратно отраженных электронов изучен характер зеренной структуры и текстуры фольги. Предложен механизм формирования зерен вытянутой формы, заключающийся в том, что при высокой скорости затвердевания, сравнимой со скоростью движения расплава по поверхности кристаллизатора, рост зерен может происходить не только в направлении, противоположном направлению теплоотвода, но и в направлении движения расправа. Формирование преимущественного роста зерен, у которых наиболее плотноупакованная плоскость (0001) параллельна поверхности фольги, обеспечивает максимальную скорость понижения энтальпии сплава в процессе кристаллизации. Выявлены особенности влияния микроструктуры и зеренной структуры на механические свойства фольги. Микротвердость быстрозатвердевающего сплава Sn – 14 ат.% In – 6,5 ат.% Zn составляет 105 МПа. Кривая растяжения фольги сплава Sn – 14 ат.% In – 6,5 ат.% Zn, полученная при комнатной температуре, имеет вид, характерный для кривой растяжения металлов при высокой температуре, что обусловлено низкой температурой плавления γ-фазы.

The results of studies of the effect of ultra-high cooling rates of the melt equal to 105 K/s on the phase composition, microstructure, grain structure and mechanical properties of the Sn – 14 at.% In – 6.5 at.% Zn alloy are presented. To prepare the samples, the rapid quenching from the melt technique was used. A drop of melt was injected onto the inner surface of a rapidly rotating copper cylinder and solidifing in the form of a foil with a thickness of 30–90 μm. Investigations of the phase composition, carried out by the method of Х-ray diffraction analysis, made it possible to establish that the foil consists of a solid solution of zinc in the γ -phase (Sn4In) and zinc. Observations of the microstructure of the foil using scanning electron microscopy showed that the decomposition of a supersaturated solid solution proceeds at room temperature with the release of dispersed zinc particles. The character of the grain structure and texture of the foil is studied by the electron backscatter diffraction technique. A mechanism of the formation of elongated grains is proposed, which consists in the fact that at a high solidification rate, comparable to the rate of movement of the melt over the surface of the mold, grain growth can occur not only in the direction opposite to the direction of heat removal, but also in the direction of movement of the spreading. The formation of the preferred growth of grains, in which the most closely-packed plane (0001) is parallel to the foil surface, provides the maximum rate of decrease in the enthalpy of the alloy during crystallization. The features of the influence of the microstructure and grain structure on the mechanical properties of the foil are revealed. The microhardness of the rapidly solidifing Sn – 14 at.% In – 6.5 at.% Zn alloy is 105 MPa. The stress–strain curve of the Sn – 14 at.% In – 6.5 at.% Zn foil, obtained at room temperature, has a shape specific for the stress–strain curve of metals at high temperatures, which is due to the low melting point of the γ-phase.

высокоскоростное затвердеваниеоловоиндийцинкмикроструктурамеханические свойстваhigh-speed solidificationtinindiumzincmicrostructuremechanical propertiesReferencesДиаграммы состояния двойных металлических систем: справочник: в 3 т. / под ред. Н.П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 2001. – Т. 1. – 872 с.Lyakishev N. P., ed. State Diagrams of Binary Metal Systems: a Reference. Vol. 1. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2001. 872 p. (in Russian).Высокоскоростное затвердевание расплавов: (теория, технология и материалы) / В.А. Васильев [и др.]. – М.: СП «Интермет инжиниринг», 1998. – 400 с.Vasil’ev V. A., Mitin B. S., Pashkov I. N., Serov N. M., Skuridin A. A., Lukin A. A., Yakovlev V.B. High-speed Solidification of Melts (Theory, Technology and Materials). Moscow, Intermet inzhiniring Publ., 1998. 400 p. (in Russian).Мирошниченко, И.С. Закалка из жидкого состояния / И.С. Мирошниченко. – М.: Металлургия, 1982. – 168 с.Miroshnichenko I. S. Quenching from a Liquid State. Moscow, Metallurgiya Publ., 1982. 168 p. (in Russian).Шепелевич, В.Г. Быстрозатвердевшие легкоплавкие сплавы / В.Г. Шепелевич. – Минск: БГУ, 2015. – 192 с.Shepelevich V. G. Fast Solidified Fusible Alloys. Minsk, Belarusian State University, 2015. 192 p. (in Russian).Салтыков, С.А. Стереометрическая металлография / С.А. Салтыков. – М.: Металлургия, 1970. – 272 с.Saltykov S. A. Stereometric Metallography. Moscow, Metallurgiya Publ., 1970. 272 p. (in Russian).Texture of rapidly solidified foils of aluminium and its alloys / V.G. Shepelevich [et al.] // J. Alloys Compd. – 2005. – Vol. 403, №1–2. – P. 267–269. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2004.07.089Shepelevich V. G., Siutsova P. A., Neumerzhytskaya E. Yu., Gutko E. S. Kuckorecko K. V. Texture of rapidly solidified foils of aluminium and its alloys. Journal of Alloys and Compounds, 2005, vol. 403, no. 1–2, pp. 267–269. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2004.07.089Шахрай, О.Н. Текстура быстрозатвердевших фольг свинца и его сплавов / О.Н. Шахрай, В.Г. Шепелевич // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук. – 2004. – №3. – С. 32–34.Shakhrai O. N., Shepelevich V. G. The texture of rapidly solidified foils of lead and its alloys. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2004, no. 3, pp. 32–34 (in Russian).Li, D. Y. A possible role for surface packing density in the formation of {111} texture in solidified FCC metals / D. Y. Li, J. A. Szpunar // J. Mater. Sci. Lett. – 1994. – Vol. 13, №21. – P. 1521–1523. https://doi.org/10.1007/BF00626496Li D. Y., Szpunar J. A. A possible role for surface packing density in the formation of {111} texture in solidified FCC metals. Journal of Materials Science Letters, 1994, vol. 13, no. 21, pp. 1521–1523. https://doi.org/10.1007/BF00626496Циглер, Г. Экстремальные принципы термодинамики необратимых процессов в механике сплошной среды / Г. Циглер. – М.: Мир, 1966. – 136 с.Ziegler H. Some Extremum Principles in Irreversible Thermodynamics with Application to Continuum Mechanics. Amsterdam, North-Holland, 1963. VII + 193 s.Gusakova, O. The influence of melt flow on grain structure of tin and its alloys produced by ultrafast quenching from the melt / O. Gusakova, V. Shepelevich // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2017. – Vol. 192. – P. 012015-1-6. https://doi.org/10.1088/1757-899x/192/1/012015Gusakova O., Shepelevich V. The influence of melt flow on grain structure of tin and its alloys produced by ultrafast quenching from the melt. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2017, vol. 192, p. 012015-1-6. https://doi.org/10.1088/1757-899x/192/1/012015Бернштейн, М.Л. Структура деформированных металлов / М.Л. Бернштейн. – М.: Металлургия, 1977. – 432 с.Bernshtejn M. L. Structure of Deformed Metals. Мoscow, Metallurgiya Publ., 1977. 432 p. (in Russian).Структура и механические свойства быстрозатвердевших фольг сплава Sn – 14 ат. % In – 6,5 ат.% Zn / В.Г. Шепелевич [и др.] // Приборостроение-2017: материалы 10-й Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 1–3 нояб. 2017 г. – Минск: БНТУ, 2017. – С. 244–246.Shepelevich V. G., Metto Ye. S., Gusakova S. V., Gusakova O. V. Structure and mechanical properties rapidly solidified foils of the Sn – 14 at.% In – 6.5 at.% Zn. Priborostroenie-2017: materialy 10-i Mezhdunarodnoi nauchnotekhnicheskoi konferentsii, Minsk, 1–3 noyabrya 2017 g. [Instrument Making-2017: Materials of the 10th International Scientific and Technical Conference, Minsk, November 1–3, 2017]. Minsk, BNTU, 2017, pp. 244–246 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.