Obrabotka Metallov 2012 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (57) 2012 44 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ К настоящему времени накоплен обширный экспериментальный материал в области разра- ботки сплавов А1–Si с контролируемым значе- нием температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР, α) [1–8]. Поэтому можно сделать вывод, что несмотря на применение ши- рокого диапазона воздействий на эти сплавы ТКЛР, их остается гораздо выше, чем у сплавов системы Fe–Ni (инваров). Инвары до последне- го времени являются непревзойденным по ТКЛР материалом с α 0–100 = 0...(1...2) · 10 –6 К –1 , однако они имеют весьма существенный недостаток – высокую стоимость в сочетании с большим удельным весом [9]. Поскольку кремний – единственный элемент, который в наибольшей мере снижает ТКЛР и плотность алюминия, то естественно, что для поиска композиций более легких и с более низ- ким ТКЛР необходимо перейти на вторую поло- вину системы А1–Si, т. е. обратиться к сплавам Si–А1 (кремниевым сплавам). В табл. 1 приведены значения ТКЛР крем- ния и алюминия при различных температурах. Обращает на себя внимание явление сжатия кремния при минусовых температурах, сме- няющееся малым расширением при плюсовых (α = 2,3...3,0 · 10 –6 К –1 при t исп = 27...500 °С). Для УДК 669.782’71.018.046.516.4:536.413.2 ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ В.К. АФАНАСЬЕВ, доктор техн. наук, профессор М.В. ПОПОВА, доктор техн. наук, доцент ( СибГИУ, г. Новокузнецк ) Статья поступила 25 сентября 2012 года Попова М.В. – 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42, Сибирский государственный индустриальный университет, e-mail: m.popova@rdtc.ru Приведены результаты дилатометрических исследований кремниевых сплавов, содержащих 30...49 % алюминия, в диапазоне температур испытания 50...450 ºC. Изучены особенности влияния термической и термоциклической обработки на величину и характер изменения температурного коэффициента линейного расширения сплавов. Показано, что применение эффективных способов обработки расплава в сочетании с последующей термоциклической обработкой позволяет получить легкие сплавы инварного типа с темпе- ратурным коэффициентом линейного расширения, не превышающим 7,3 · 10 –6 К –1 в указанном диапазоне температур испытания. Ключевые слова: алюминий, кремний, тепловое расширение, термическая обработка. алюминия характерно значительное снижение значений ТКЛР с 23,6·10 –6 К –1 при 100 °С до 9,1·10 –6 К –1 при (–250... –160) °С. При обычных условиях кремний хрупок, пла- стичным он становится выше 800 °С. Он плавит- ся при 1415 °С (с уменьшением объема ~ на 9 %), плотность ρ = 2,33·10 3 кг/м 3 . Кремний широко применяется в металлургии. Как легирующий элемент он очень сильно изменяет свойства лю- бой основы, причем действие его часто трудно объяснимо. Особенно широко он применяется при производстве сталей, чугунов и алюминие- вых сплавов. Кремний может быть не только легирую- щим элементом, но и являться основой спла- вов. Сплавы Si–А1, содержащие 50 и более процентов кремния, весьма хрупкие, поэтому их используют в основном в технике тонких покрытий в качестве мишеней для магнетрон- ного распыления [10]. В связи с этим для ана- лиза ТКЛР кремниевых сплавов нами была спе- циально разработана серия технологических приемов по обработке расплава, измельчающих выделения кремнистой фазы, и, таким образом, позволяющих использовать кремниевые спла- вы в качестве объекта для систематических ис- следований [6 и 7].