Анотація до роботи:

Сегіда О. О. Формування і розпад аномально пересичених твердих розчинів Al-Sc, Al-Zr та Al-Hf, отриманих швидким гартуванням з рідкого стану. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.13 - фізика металів. - Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, Київ, 2007.

Диссертацію присвячено дослідженням аномального пересичення бінарних заевтектичених Al-Sc та заперитектичних Al-Zr, Al-Hf сплавів в залежності від швидкості охолодження, температури гартування розплаву, природи і концентрації легуючого елементу, а також вивченню процесів розпаду та стабільності «віялоподібних» структур, утворених в процесі кристалізації. Дослідження проведено методами електронномікроскопічного, металографічного, рентгеноструктурного, резистометричного, дюрометричного аналізів та методом вимірювання кінематичної в’язкості розплаву. Встановлено, що при збільшенні швидкості охолодження від 10² - 10³ К/с до 10⁵ - 10⁶ К/с виникає залежність структурного та фазового стану Al-Sc, Al-Zr і Al-Hf сплавів від температури гартування розплаву. При гартуванні від 1400 ^оС кристалізація сплавів проходить з пригніченням процесів розділової дифузії на фронті кристалізації та спричиняє формування аномально пересичених твердих розчинів. Зі зниженням температури гартування до 1000 ^оС всі сплави кристалізуються з утворенням структур кооперативного росту, фазовий склад яких залежить від дифузійної рухливості атомів легуючого елементу. В Al-Sc і Al-Zr сплавах ці структури являють собою - твердий розчин та Al₃X (X = Sc, Zr) фазу, впорядковану за типом L1₂. В Al-Hf сплавах спостерігається розшарування на два твердих розчини з різною концентрацією гафнія. В Al-Hf і Al-Zr сплавах, загартованих від 1000 ^оС, недивлячись на наявність структур росту, досягається високий ступінь пересичення твердого розчину. Встановлено, що всі сплави, незалежно від природи легуючих елементів (Sc, Zr, Hf), на початковій стадії старіння розпадаються за неперервним механізмом з утворенням зміцнюючої Al₃X (Sc, Zr, Hf) фази типу Cu₃Au. В процесі еволюції структур кооперативного росту відбувається потовщення гілок з подальшим їх подрібненням. Показано, що найбільш високоміцний стан досягається при розпаді сплавів, закристалізованих за типом твердих розчинів. Термічно більш стабільними є структури кооперативного росту. Знеміцнення Al-Sc сплавів пов’язане з втратою когерентності зміцнюючих частинок Al₃Sc фази, Al-Zr і Al-Hf сплавів - з формуванням стабільної тетрагональної фази типу DO₂₃.

1. При дослідженні швидкозагартованих бінарних алюмінієвих сплавів (Al-Sc, Al-Zr та Al-Hf) як з евтектичним, так і перитектичним типом кристалізації, встановлено, що при швидкості охолодження 10⁵ - 10⁶ К/с структурний та фазовий стани сплавів залежать від температури гартування розплаву. З підвищенням температури гартування розплаву до 1400 ^оС кристалізація сплавів проходить з пригніченням процесів розділової дифузії на фронті кристалізації і формуванням аномально пересичених твердих розчинів. Зі зниженням температури гартування до 1000 ^оС сплави кристалізуються з утворенням структур кооперативного росту («віялоподібні» структури), максимальне пересичення досягається в Al-Hf сплавах, мінімальне - в Al-Sc сплавах. При швидкості охолодження 10² - 10³ К/с вплив температури гартування розплаву на структурний стан сплавів не виявлено.

2. Встановлено, що фазовий склад структур кооперативного росту визначається дифузійною рухливістю атомів легуючих елементів. В Al-Sc та Al-Zr сплавах структури кооперативного росту являють собою -твердий розчин і Al₃X (X = Sc, Zr) фазу, впорядковану за типом L1₂. При цьому Al₃Sc фаза є стабільною, Al₃Zr фаза - метастабільною. В Al-Hf сплавах відбувається розшарування на два твердих розчини, «віялоподібна» структура являє собою збагачений гафнієм твердий розчин.

3. Зі збільшенням концентрації цирконія до 1.2 ат.% в Al-Zr сплавах, загартованих від температури 1400 ^оС, формується нанокристалічна структура з розміром зерен d 30 нм. При цьому в сплаві величина внутрішніх напруг досягає 420 МПа, значення мікротвердості - 1300 МПа.

4. Встановлено, що на початкових стадіях розпаду швидкозагартованих сплавів формується Al₃X (X = Sc, Zr, Hf) фаза, впорядкована за типом L1₂, яка є стабільною для Al-Sc і метастабільною для Al-Zr, Al-Hf сплавів. Сплави, закристалізовані за типом твердих розчинів, розпадаються за неперервним механізмом. Розпад в сплавах, які кристалізуються з утворенням структур кооперативного росту, відбувається за рахунок потовщення гілок цих структур та розпаду за неперервним механізмом між гілками.

5. В сплавах, що кристалізуються з утворенням структур кооперативного росту, при старінні на стадії коалесценції відбувається руйнування цих структур, внаслідок нестабільності Релея, та формування хаотично розподілених високодисперсних частинок Al₃Х (X = Sc, Zr, Hf) фази типу L1₂.

6. Найбільш високоміцний стан досягається за рахунок формування великої об’ємної частки наночастинок тугоплавких інтерметалідів при старінні сплавів, закристалізованих за типом твердих розчинів. Термічно більш стабільними є структури кооперативного росту в Al-Hf сплавах.

7. Встановлено, що найменшою термічною стабільністю володіють Al-Sc сплави внаслідок високої дифузійної рухливості атомів Sc. Втрата міцності Al-Sc сплавів в процесі високотемпературного старіння визначається механізмами втрати когерентності зміцнюючої фази.

В Al-Zr та Al-Hf сплавах знеміцнення пов’язане з утворенням стабільної тетрагональної фази типу DO₂₃.

Стабільна фаза може зароджуватись як в матриці, так і всередині частинки метастабільної фази з формуванням композитних частинок типу L1₂/DO₂₃. В структурах кооперативного росту Al-Zr і Al-Hf сплавів утруднено формування композитних частинок.

Публікації автора:

1. Березина А.Л., Чуистов К.В., Монастырская Т.А., Сегида Е.А., Шмидт У., Котко А.В., Ладьянов В.И., Бельтюков А.Л., Волков В.А. «Веерная» структура в быстрозакаленных Al-Sc сплавах // Металлофиз. Новейшие Технол. - 2003 - Т. 25, № 12. - С. 1543 - 1551.

2. Березина А.Л., Сегида Е.А., Монастырская Т.А., Чуистов К.В., Носенко В.К., Шмидт У., Молебный О.А., Котко А.В. Фрактальные структуры в быстрозакаленных сплавах Al-Sc, Al-Zr и Al-Hf // Металлофиз. Новейшие Технол. - 2004 - Т. 26, № 11. - С. 1509 - 1516.

3. Berezina A.L., Monastyrskaya T.A., Segida E.A., Chuistov K.V., Schmidt U., Kotko A.V., Ladyanov V.I., Beltyukov A.L., Volkov V.A. Phenomenon of the Anomalous Supersaturation in Al-Sc, Al-Mg-Sc Alloys Rapid Quenched from the Liquid State // Engineering Mechanics. - 2004. - V.11, N5. - Р. 393 - 397.

4. Berezina A.L., Segida E.A., Nosenko V.K., Schmidt U., Kotko A.V. The effect of aging processes on the structure and properties rapidly solidified Al-Sc, Al-Zr and Al-Hf alloys // Materials Science Forum. - 2006. - V. 519-521. - Р. 1815-1820.

5. Berezina A.L., Segida E.A., Nosenko V.K., Schmidt U., Kotko A.V. Eutectic-like structures in rapidly quenched Al-Sc, Al-Zr and Al-Hf alloys // Теория и практика металлургии. - 2006. - № 4-5. - Р. 45 - 47.

6. Березина А.Л., Сегида Е.А., Носенко В.К., Шмидт У., Котко А.В. Старение быстрозакаленных Al-Zr сплавов // Металлофиз. Новейшие Технол. - 2006 - Т. 28, № 11. - C. 1493 - 1508.

7. Березина А.Л., Сегида Е.А., Носенко В.К., Шмидт У., Котко А.В. Образование аномально пересыщенных твердых растворов переходных металлов в алюминии при быстрой кристаллизации // Металлофиз. Новейшие Технол. - 2006 - Т. 28, спец. выпуск. - C. 11 - 18.

8. Березина А.Л., Бударина Н.Н., Сегида Е.А. Структурные особенности быстрозакаленных алюминиевых сплавов, легированных переходными металлами // Металлофиз. Новейшие Технол. - 2006 - Т. 28, спец. выпуск. - C. 131 - 138.