Свойства интерметаллических соединений системы алюминий – железо и закономерности их образования.
Для правильного понимания процессов, происходящих при алитировании железа, необходимо располагать достаточно надежными данными о свойствах собственно интерметаллических соединений.
В литературе приводятся сведения о свойствах биметаллических соединений: прочность при разрыве порядка 3 – 4 кГ/мм 2; прочность на срез – до 7 кГ/мм 2, ударная вязкость 0,008 – 0,01 кГ м/см 2 и др. Однако эти данные характеризуют свойства комбинированного соединения в целом, а не свойства материала, расположенного узкой прослойкой между алюминием и железом. Вместе с тем знание физических свойств интерметаллических соединений весьма важно, так_ как они определяют характер взаимодействия алюминия с железом, а следовательно, прочность, тепло- и электропроводность, коррозионную стойкость комбинированного соединения в целом. Свойства такого соединения, полученного отливкой, сваркой, покрытием, зависят также от состава, величины, формы и характера расположения интерметаллических соединений между алюминием и железом.
Известно, что интерметаллические соединения обладают рядом ценных свойств, например имеют высокую точку плавления, значительную прочность, некоторые из них отличаются исключительной кислотостойкостью. В частности, TiNi имеет свойство удлиняться при комнатной температуре (7 – 10 %) и к тому же обладает высокой ударной вязкостью. Вот почему можно рассчитывать на применение интерметаллических соединений в качестве высокотемпературных материалов. Однако недостаток этих материалов заключается в том, что при комнатной температуре они хрупки, поэтому практическое использование их невозможно.
Литературные сведения о механических свойствах интерметаллических соединений немногочисленны, что, вероятно, объясняется значительными экспериментальными трудностями их получения и испытания, особенно в связи с высокой хрупкостью. Тем не менее механические свойства соединений в настоящее время имеют первостепенное значение. Знание свойств таких соединений важно не только в связи с упрочняющим эффектом, например в высокопрочных алюминиевых сплавах, но также и для получения материалов, обладающих новыми свойствами. В последние годы появился ряд работ советских и за-рубежных ученых, посвященных изучению свойств интер-металлических соединений при комнатной и повышенной температурах. Значительный интерес представляют работы Е.М. Савицкого, И.И. Корнилова, Вестбрука, Н.В. Агеева.
Известно, что сплавы на основе железа особенно склонны к образованию интерметаллических соединений из твердых или жидких растворов, поскольку их электронная структура с незаполненной rf электронной оболочкой благоприятна для возникновения соединений с металлическим типом связи. В частности, хорошо известно образование соединений типа Fen Alm из твердого раствора двойной системы железо – алюминий. Такие соединения обнаруживаются на диаграммах состав – свойство (в том числе на диаграммах состав – механические свойства) благодаря характерным изменениям свойств. Однако сведения о механических свойствах интерметаллических соединении системы алюминии – железо крайне ограничены, а прочность их при комнатной температуре не установлена. В. некоторых случаях известна кристаллическая структура, но сведения о ней противоречивы. Изучение механических свойств, как правило, ограничивается измерением микротвердости этих соединений в алюминиевой матрице.
Несмотря на хрупкость интерметаллических соединений при низких температурах, они при высоких температурах в какой-то мере становятся пластичными.
Легирование твердых растворов на основе интерметаллических соединений позволило бы значительно изменять их свойства и в первую очередь механические.
Механизм такого легирования еще не выяснен; в работе указывается, что в этом случае создаются твердые растворы замещения. В образующемся при таком легировании многофазном сплаве определяющее влияние второй фазы сводится к повышению механических свойств сплава за счет ее собственной прочности, особенно при повышенных температурах. При этом зависимость прочности (твердости) интерметаллической фазы от температуры выражается прямой линией, имеющей перегиб. Точка перегиба для этих соединений не равна половинному значению температуры плавления, как для чистых металлов, и расположена обычно в области 0,5 – 0,75, что для соединений FеАl3 и Fе2Аl5 составляет соответственно 460 и 450° С. На основании этого высказана гипотеза о различных механизмах деформаций интерметаллических фаз, действующих по обе стороны от температурной точки перегиба tК: ниже точки tК преобладает процесс скольжения, и можно предположить, что атомы их соединены сильными локализованными связями. Скольжение или перемещение атомов относительно друг друга происходят гораздо легче при повышенных температурах вследствие ослабления межатомных связей в области выше температурной точки tК.
В работе Гарсиа определяется коэффициент теплопроводности интерметаллического соединения FеАl3. Измерение теплопроводности осуществлялось на установке, основными элементами которой являлись небольшая печь сопротивления, ваттметр и две термопары. Одна термопара закреплялась неподвижно в печи, а другая, перемещающаяся внутри полого биметаллического образца, использовалась для измерения его теплопроводности и автоматической регистрации теплопроводности в виде кривой на графике.
Сравнение микроструктур на различных участках образца в зоне контакта алюминия со сталью с кривой изменения теплопроводности позволило обнаружить небольшой участок с низким значением коэффициента теплопроводности – 7,94 ккал / (м-ч-град).


  • Читать все новости