Структура и свойства быстрозатвердевающей фольги сплава Sn – 14 ат.% In – 6,5 ат.% Zn

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.

высокоскоростное затвердевание, олово, индий, цинк, микроструктура, механические свойства

1. Диаграммы состояния двойных металлических систем: справочник: в 3 т. / под ред. Н.П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 2001. – Т. 1. – 872 с.

2. Высокоскоростное затвердевание расплавов: (теория, технология и материалы) / В.А. Васильев [и др.]. – М.: СП «Интермет инжиниринг», 1998. – 400 с.

3. Мирошниченко, И.С. Закалка из жидкого состояния / И.С. Мирошниченко. – М.: Металлургия, 1982. – 168 с.

4. Шепелевич, В.Г. Быстрозатвердевшие легкоплавкие сплавы / В.Г. Шепелевич. – Минск: БГУ, 2015. – 192 с.

5. Салтыков, С.А. Стереометрическая металлография / С.А. Салтыков. – М.: Металлургия, 1970. – 272 с.

6. 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.2004.07.089

7. Шахрай, 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.

8. 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/BF00626496

9. Циглер, Г. Экстремальные принципы термодинамики необратимых процессов в механике сплошной среды / Г. Циглер. – М.: Мир, 1966. – 136 с.

10. 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/192/1/012015

11. Бернштейн, М.Л. Структура деформированных металлов / М.Л. Бернштейн. – М.: Металлургия, 1977. – 432 с.

12. 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.