CC BY
4
https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-2-36-39 УДК 621.745.35
Поступила 20.03.2024 Received 20.03.2024
МЕХАНИЗМ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ БИНАРНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ И ОЛОВЯННЫХ БРОНЗ
Е. И. МАРУКОВИЧ, В. Ю. СТЕЦЕНКО, Ассоциация литейщиков и металлургов Республики Беларусь, г. Минск, Беларусь, ул. Я. Коласа, 24. E-mail: [email protected]
А. В. СТЕЦЕНКО, МОУВО «Белорусско-Российский университет», г. Могилев, Беларусь, пр. Мира, 43
Разработан наноструктурный механизм перекристаллизации бинарных алюминиевых и оловянных бронз. Сначала из элементарных нанокристаллов меди, алюминия, олова и их свободных атомов образуются структурообразующие нанокристаллы а -, Р - и у - фаз. Из них формируются центры кристаллизации микрокристаллов фаз. Из этих центров, структурообразующих нанокристаллов фаз, свободных атомов меди, алюминия, олова образуются микрокристаллы а -, Р - и у - фаз бинарных алюминиевых и оловянных бронз.
Ключевые слова. Алюминиевые бронзы, оловянные бронзы, перекристаллизация, наноструктурные процессы, центры кристаллизации, нанокристаллы.
Для цитирования. Марукович, Е. И. Механизм перекристаллизации бинарных алюминиевых и оловянных бронз /Е. И. Ма-рукович, В. Ю. Стеценко, А. В. Стеценко // Литье и металлургия. 2024. № 2. С. 36-39. https://doi. org/10.21122/1683-6065-2024-2-36-39.
THE MECHANISM OF RECRYSTALLIZATION OF BINARY ALUMINUM AND TIN BRONZES
E.I. MARUKOVICH, V. Yu. STETSENKO, Association of Foundrymen and Metallurgists of Belarus,
Minsk, Belarus, 24, Ya. Kolas str. E-mail: [email protected]
A. V. STETSENKO, Belarusian-Russian University, Mogilev, Belarus, 43, Mira ave.
A nanostructural mechanism for recrystallization of binary aluminum and tin bronzes has been developed. First, structure-forming nanocrystals of a-phases, в-phases and y-phases are formed from elementary nanocrystals of copper, aluminum, tin and their free atoms. The crystallization centers of microcrystals of phases are formed from them. From these centers, structure-forming nanocrystals ofphases, free atoms of copper, aluminum, tin, microcrystals of a-phases, в-phases and y-phases of binary aluminum and tin bronzes are formed.
Keywords. Aluminum bronzes, tin bronzes, recrystallization, nanostructural processes, crystallization centers, nanocrystals. For citation. Marukovich E. I., Stetsenko V. Yu., Stetsenko A. V. The mechanism of recrystallization of binary aluminum and tin bronzes. Foundry production and metallurgy, 2024, no. 2, pp. 36-39. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-2-36-39.
Согласно диаграмме состояния Си - А1, фазовые превращения при перекристаллизации бинарных алюминиевых бронз происходят по следующей эвтектоидной реакции [1]:
Рмк1 =амк1 +У2мк , (1)
где Рмк1, амк1 и у2мк - микрокристаллы р - , а - и у2 - фазы.
Согласно наноструктурной теории металлических расплавов, в условиях промышленной плавки Рмк1 распадаются на элементарные нанокристаллы меди (Сиэн1) и алюминия (А1эн1) , свободные атомы меди (Сиа1) и алюминия (А1а1) [2].
Процесс кристаллизации Рмк1 является наноструктурным и происходит следующим образом [3]. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (Рсн1 )
Сиэн1 + Сиа1 + А1эн1 + А1а1 = Рсн1 . (2)
Затем образуются центры кристаллизации (рцк1) по реакции:
Рсн1 + Сиа1 + А1а1 =Рцк1 . (3)
Заканчивается процесс кристаллизации Рмк1 по реакции:
Рцк1 + Рсн1 + Сиа1 + А1а1 = Рмк1 . (4)
При температуре 565 °С происходит распад Рмк1:
Рмк1 = Сиэн2 + Сиа2 + А1эн2 + ^а2 , (5)
где Сиэн2 и А1эн2 - элементарные нанокристаллы меди и алюминия; Сиа1 и А1а2 - свободные атомы меди и алюминия.
Образование амк1 является наноструктурным процессом и происходит следующим образом [4]. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (асн1) по реакции:
Сиэн3 + Сиа3 + А1эн3 + А1а3 = а сн1, (6)
где Сиэн3 и А1эн3 - элементарные нанокристаллы меди и алюминия; Сиа3 и А1а3 - свободные атомы меди и алюминия.
Затем образуются центры кристаллизации а(ацк1) по следующей реакции:
асн1 + Сиа3 + А1а3 = ацк1 . (7)
Заканчивается процесс формирования амк1 по реакции:
ацк1 + асн1 + Сиа3 + А1а3 = амк1 . (8)
Аналогично образование У2мк происходит следующим образом. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (у 2сн )
Сиэн4 + Сиа4 + А1эн4 + А1а4 = У2сн , (9) где Сиэн4 и А1эн4 - элементарные нанокристаллы меди и алюминия; Сиа4 и А1а4 - свободные атомы меди и алюминия.
Затем образуются центры кристаллизации (у2цк) по следующей реакции:
У2сн + Сиа4 + А1а4 =У2цк . (10)
Заканчивается процесс формирования У2мк по реакции:
У2цк + У2сн + Сиа4 + А1а4 =У2мк . (11)
При этом справедливы следующие уравнения:
Сиэн2 = Сиэн3 + Сиэн4, Сиа2 = Сиа3 + А1эн2 = А1эн3 + А1эн4, А1а2 = А1а3 + А1а4.
(12)
Согласно диаграмме состояния Си - Sn, фазовые превращения при перекристаллизации бинарных оловянных бронз происходят по эвтектоидной реакции [1]:
Рмк2 =амк2 +Умк , (13)
где Рмк2, амк2 и умк - микрокристаллы в - , а - и у - фазы. Микрокристаллы вмк2 образуются по реакции:
амк + L = Рмк2 , (14)
где амк и Рмк2 - микрокристаллы а - и Р - фазы; L - расплав.
Согласно наноструктурной теории металлических расплавов, в условиях промышленной плавки амк распадаются на элементарные нанокристаллы меди (Сиэн5) и олова ^пэн1), свободные атомы меди (Сиа5) и олова ^па1) [2]. Расплав L состоит из элементарных нанокристаллов меди (Сиэн6) и олова ^пэн2 ), свободных атомов меди (Сиа6 ) и олова ^п^ ) [2].
Процесс кристаллизации Рмк2 является наноструктурным и происходит следующим образом [3]. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (рсн2 ) по реакции:
Сиэн7 + Сиа7 + Snэн3 + ^а3 = Рсн2 , (15)
где Сиэн7 и Snэнз - элементарные нанокристаллы меди и олова; Сиа7 и Snаз - свободные атомы меди и олова.
Затем образуЮТСЯ центры кристаллизации (Рцк2 )
Рсн2 + Сиа7 + ^а3 = Рцк2 . (16) Заканчивается процесс формирования Рмк2 по реакции:
Рцк2 +Рсн2 + Сиа7 + ^а3 =Рмк2 . (17) При этом справедливы следующие уравнения:
Сиэн7 - Сиэн5 + Сиэн6,
Cua7 - Cua5 + Cua6,
энЗ эн1 эн2' Sna3 - Sna1 + Sna2.
(18)
При температуре 586 °С происходит распад Рмк2 :
Рмк2 = Сиэн8 + Сиа8 + Snэн4 + Snа4 , (19)
где Сиэн8 и Snэн4 - элементарные нанокристаллы меди и олова: Сиа8 и Snа4 - свободные атомы меди и олова.
Образование амк2 является наноструктурным процессом и происходит следующим образом [4].
Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (асн2 ) по реакции:
Сиэн9 + Сиа9 + §Пэн5 + ^а5 = асн2 , (20)
где Сиэн9 и Snэн5 - элементарные нанокристаллы меди и олова; Сиа9 и Snа5 - свободные атомы меди и олова.
Затем образуются центры кристаллизации (ацк2 ) по реакции:
асн2 + Сиа9 + = ацк2 . (21)
Заканчивается процесс формирования амк2 по реакции:
ацк2 + асн2 + Сиа9 + Snа5 = амк2 . (22)
Аналогично образование у мк будет происходить следующим образом. Сначала формируются структурообразующие нанокристаллы (у сн) по реакции:
Сиэн10 + Сиа10 + ^эн6 + Snа6 = У сн , (23)
где Сиэню и Snэн6 - элементарные нанокристаллы меди и олова; Сиа^ и Snа6 - свободные атомы меди и олова.
Затем образуются центры кристаллизации (уцк ) по реакции:
У сн + Сиа10 + =Уцк . (24)
Заканчивается процесс формирования умк по реакции:
Уцк + Усн + Сиа10 + Snа6 = Умк . (25)
При этом справедливы следующие уравнения:
Сиэн8 = Сиэн9 + Сиэн10, Сиа8 = Сиа9 + Сиа10, (26)
^эн4 = Snэн5 + Snэн6, ^а4 = Snа5 + Snа6.
Таким образом, механизм перекристаллизации бинарных алюминиевых и оловянных бронз является наноструктурным, в котором основную роль играют элементарные нанокристаллы меди, алюминия и олова, структурообразующие нанокристаллы а - , р - и у - фаз.
ЛИТЕРАТУРА
1. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди: справ. - М.: Наука, 1979.- 248 с.
2. Марукович, Е. И. Наноструктурная теория металлических расплавов / Е. И. Марукович, В. Ю. Стеценко // Литье и металлургия.- 2020.- № 3.- С. 7-9.
3. Марукович, Е. И. Наноструктурная кристаллизация литейных сплавов / Е. И. Марукович, В. Ю. Стеценко, А. В. Стеценко // Литье и металлургия.- 2022.- № 3.- С. 13-19.
4. Марукович, Е. И. Наноструктурные фазовые превращения при эвтектоидных реакциях бинарных сплавов / Е. И. Мару-кович, В. Ю. Стеценко, А. В. Стеценко // Литье и металлургия.- 2023.- № 4.- С. 30-32.
REFERENCES
1. 1. Dvojnye i mnogokomponentnye sistemy na osnove medi: spravochnik [Dual and multicomponent copper-based systems: reference]. Moscow, Nauka Publ., 1979, 248 p.
2. Marukovich E. I., Stetsenko V. Yu. Nanostrukturnaya teoriya metallicheskih rasplavov [Nanostructural theory of metallic melts]. Lit'e i metallurgiya = Foundry production and metallurgy, 2020, no. 3, pp. 7-9.
3. Marukovich E. I., Stetsenko V. Yu., Stetsenko A. V. Nanostrukturnaya kristallizaciya litejnyh splavov [Nanostructural crystallization of foundry alloys]. Lit'e i metallurgiya = Foundry production and metallurgy, 2022, no. 3, pp. 13-19.
4. Marukovich E. I., Stetsenko V. Yu., Stetsenko A. V. Nanostrukturnye fazovye prevrashcheniya pri evtektoidnyh reakciyah bi-narnyh splavov [Nanostructural phase transformations in eutectoid reactions of binary alloys]. Lit'e i metallurgiya = Foundry production and metallurgy, 2023, no. 4, pp. 30-32.
