Поверхность ликвидуса системы Cu-Ni-Si

Известно, что кремнисто-никелевые бронзы (низколегированные сплавы системы Cu–Ni–Si) представляют интерес как материалы с удачным сочетанием высокой прочности, жаропрочности, тепло- и электропроводности. Такие бронзы находят применение при производстве антифрикционных деталей, в авиамоторостроении и электротехнике [1–3].

Свойства этих сплавов в значительной степени обусловлены взаимодействием их компонентов в жидком металле в процессе их выплавки, а также в процессе кристаллизации металла.

Ранее [4–6] нами различными методами было выполнено термодинамическое моделирование и экспериментальное исследование фазовых равновесий, реализующихся в системе Cu–Ni–Si. Результаты расчетов были представлены в виде T – x -фазовых диаграмм традиционного вида. В ходе других работ [7–9] были построены ПРКМ систем Cu–Ni–O, Cu–Si–O и Cu–Ni–Si–O. Таким образом, фазовые равновесия в этих системах были представлены в форме, удобной для рассмотрения того, как изменения в составе металлического расплава сказываются на качественных изменениях в составе равновесных с металлом сложных фаз.

Цель настоящей работы – представить результаты моделирования фазовых равновесий в системе Cu–Ni–Si в аналогичной, удобной для анализа форме – в виде проекции поверхности ликвидуса.

В ходе настоящей работы для расчетов составов равновесных фаз и визуализации результатов таких расчетов использован программный пакет FactSage (версия 6.0) производства GTT Technologies (Канада, Германия)1. В процессе расчета использована база данных SGTE.

Адекватность моделирования трехкомпонентной системы в значительной степени зависит от корректности параметрического обеспечения расчета фазовых равновесий в граничных двухкомпонентных системах. С целью проверки степени оп-тимизированности модельных параметров предва- рительно были рассчитаны диаграммы состояния двойных систем Cu–Ni (рис. 1), Cu–Si (рис. 2) и Ni–Si (рис. 3). Сопоставление результатов расчета с данными по диаграммам состояния двойных систем, представленными в справочниках [11–14], свидетельствует о корректности используемой параметрической базы.

В процессе расчета координат поверхности ликвидуса трехкомпонентной системы учитывалась возможность существования всех силицидов, характерных для двойных диаграмм состояния систем Cu–Si и Ni–Si, и не учитывалась возможность образования соединения между тремя элементами.

На рис. 4. представлены результаты проведенного расчета. Интервал концентраций, для которого проведен расчет: 0–10 мас. % Ni и 0–5 мас. % Si.

На рис. 4 представлены изотермы, принадлежащие интервалу температур 1100–1250 °С с шагом 25 °С. Согласно проведенному расчету, в исследованном интервале температур и концентраций в равновесии с металлическим расплавом могут находится четыре разновидности силицидных фаз. Все они – силициды никеля: Ni 3 Si, Ni 5 Si 2 , Ni 2 Si и θ-фаза переменного состава, границы существования которой при различных температурах лежат между стехиометрическими составами Ni 2 Si и Ni₃Si₂.

Рис. 1. Результаты расчета диаграммы состояния системы Cu–Ni

Рис. 2. Результаты расчета диаграммы состояния системы Cu–Si

Рис. 3. Результаты расчета диаграммы состояния системы Ni–Si

Рис. 4. Проекция поверхности ликвидуса для системы Cu–Ni–Si

Заключение

Осуществлен расчет фазовых равновесий, реализующихся в медном углу диаграммы состояния системы Cu–Ni–Si. Результаты представлены в виде проекции поверхности ликвидуса для этой системы, которая позволяет судить о том, как изменения в составе металлического расплава сказываются на качественных изменениях в составе равновесных с металлом силицидных фаз.

Работа осуществлена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 13-08-00545.