Поверхность ликвидуса системы Cu-Ni-Si
Автор: Трофимов Евгений Алексеевич, Рябошук Сергей Владимирович, Никонова Ольга Владимировна
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статья в выпуске: 2 т.13, 2013 года.
Бесплатный доступ
Осуществлено моделирование фазовых равновесий, реализующихся в медном углу диаграммы состояния системы Cu-Ni-Si, в условиях существования металлического расплава. Результаты представлены в виде проекции поверхности ликвидуса для этой системы. Результаты работы могут быть использованы для анализа технологических процессов производства меди и сплавов на ее основе.
Фазовые равновесия, поверхность ликвидуса, система cu-ni-si, силициды никеля
Короткий адрес: https://sciup.org/147156818
IDR: 147156818
Текст научной статьи 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.
Список литературы Поверхность ликвидуса системы Cu-Ni-Si
- Машиностроительные материалы: крат. справ./В.М. Раскатов, В. С. Чуенков, Н. Ф. Бессонова, Д.А. Вейс. -М.: Машиностроение, 1980. -511 с.
- Машиностроение: энциклопед. справ. Раздел второй. Материалы машиностроения. Т. 4./под. ред. Е.А. Чудакова. -М.: Гос. науч.-техн. изд-во машиностроит. лит., 1947. -428 с.
- Phase equilibria of the Cu-Ni-Si system at 700 °С/W. Sun, H. Xu, Sh. Liu et al.//J. Alloys and Compounds. -2011. -Vol. 509, no. 41 -P. 9776-9781.
- Самойлова, О.В. Изучение результатов процесса образования силицидов никеля в системе Cu-Ni-Si в условиях существования металлического расплава на основе меди/О.В. Самойлова, Г.Г. Михайлов, Е.А. Трофимов//Расплавы. -2007. -№ 4. -С. 37-41.
- Трофимов, Е.А. Расчет изотермических сечений фазовой диаграммы системы Cu-Si-Ni/Е.А. Трофимов, О.В. Самойлова, Г.Г. Михайлов//Вестник Южно-Урал. гос. ун-та. Сер. «Металлургия». -2011. -Вып. 17, № 36 (253). -С. 7-10.
- Термодинамическое моделирование линии ликвидус системы Ni-Si/О.В. Самойлова, Л.А. Макровец, Г.Г. Михайлов, Е.А. Трофимов//Вестник Южно-Урал. гос. ун-та. Сер. «Химия». -2012. -Вып. 9, № 24 (283). -С. 69-73.
- Термодинамика процессов взаимодействия в системе Cu-Ni-O/Г.Г. Михайлов, О.В. Самойлова, Е.А. Трофимов и др.//Вестник Южно-Урал. гос. ун-та. Сер. «Металлургия». -2008. -Вып. 10. -№ 9 (109). -С. 31-33.
- Трансформация неметаллических включений, образующихся в ходе взаимодействия в медном расплаве, содержащем никель и кислород/О.В. Самойлова, Г.Г. Михайлов, И.Ю. Пашкеев, Е.А. Трофимов//Известия вузов. Цветная металлургия. -2009. -№ 5. -C. 7-9.
- Совершенствование параметрической базы, необходимой для термодинамического моделирования огневого рафинирования меди/Г.Г. Михайлов, О.В. Самойлова, Е.А. Трофимов, Л.А. Макровец//Вестник Южно-Урал. гос. ун-та. Сер. «Металлургия». -2010. -Вып. 15, № 34 (210). -С. 35-38.
- Термодинамический анализ системы Cu-Si-Ni-O/О.В. Самойлова, Л.А. Макровец, Г.Г. Михайлов, Е.А. Трофимов//Известия вузов. Цветная металлургия -2012. -№ 3. -С. 12-16.
- Двойные и многокомпонентные системы на основе меди: справ./под ред. М.Е. Дрица; Институт металлургии им. А.А. Байкова. -М.: Наука, 1979. -248 с.
- Диаграммы состояния двойных металлических систем: справ.: в 3 т./под общ. ред. Н.П. Лякишева. -М.: Машиностроение, 1997. -Т. 2. -1024 с.
- Диаграммы состояния двойных металлических систем: справ.: в 3т./под общ. ред. Н.П. Лякишева. -М.: Машиностроение, 1999. -Т. 3, кн. 1. -880 с.
- Binary Alloy Phase Diagrams. Second Edition. V. 1-3./Ed. T.B. Massalski. -Ohio: ASM International, Materials Park, 1990.