Термодинамика и кинетика системы Al-Si

Актуальность работы. Диаграмме состояния Al-Si посвящено большое число исследований. Эта система относится к простому эвтектическому типу с небольшой растворимостью компонентов друг в друге в твердом состоянии. Многочисленные результаты различных исследований хорошо согласуются между собой. Представленная на рис. диаграмма состояния является обобщением результатов ряда работ. На вставках показана растворимость компонентов в твердом состоянии на основе Аl и на основе Si. Максимальная растворимость Si в твердом (Аl) составляет 1,5±0,1 % (ат.) при эвтектической температуре 577 °С. растворимость А1 в (Si) носит ретроградный характер, максимальное ее значение равно 0,016±0,003 % (ат.

---

Не знаете, где делают контрольные на заказ в Воронеже ? Обратитесь за помощью в Work5.

---

.) при температуре 1190 °С. Эвтектическая точка расположена при содержании 12,2±0,1 % (ат.) Si. Кремний - химический элемент IV группы Периодической таблицы, имеет 24 изотопа. Природный кремний представляет собой смесь трех стабильных изотопов: кремний-28 (92,254%), кремний-29 (4,672%) и кремний-30 (3,074%). Кремний широко используется в электронике, нейтронном легировании, метрологии и других областях. Более 90% выпускаемых полупроводниковых приборов изготавливаются на основе кремния. Цель работы – исследовать термодинамику и кинетику системы Al-Si. Задачи: - рассмотреть термодинамику системы Al-Si; - описать кинетику системы Al-Si; - показать аддитивную обработку деталей из сплавов системы Al-Si. Объект исследования – система Al-Si. Предмет исследования – термодинамика и кинетика системы. Методы исследования – анализ, обобщение полученной информации. Структура работы состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы.

В результате проделанной работы решены следующие задачи: рассмотрена термодинамика системы Al-Si; описана кинетика системы Al-Si; показана аддитивная обработка деталей из сплавов системы Al-Si. Алюминий занимает первое место по распространенности в земной коре среди металлов, его содержание составляет 8,8 масс. % и 4 место по распространенности среди элементов (после О, Н и Si). В природе в свободном виде не встречается, присутствует только в виде природных минералов. Благодаря большой распространенности кремния и алюминия, около ¾ всех породообразующих минералов представляют собой алюмосиликаты. Концентрация алюминия в отдельных горных породах может сильно отличаться от среднего содержания алюминия в литосфере за счет выветривания и переосаждения. Оксид алюминия очень мало растворим в природных условиях, так его содержание в речной и морской воде всего 10-5 масс. %. Оксид кремния может растворяться в омывающих породу почвенных водах при условии низкой концентрации в них ионов водорода и присутствии избытка растворителя, который быстро обновляется притоком свежей воды. За счет потери более легкорастворимой составляющей SiO2 возможно обогащение породы оксидом алюминия. Бокситы являются основными алюминиевыми рудами, в которых алюминий находится преимущественно в виде 5 модификаций гидроксидов алюминия: байерита, бемита, нордстрандита, гиббсита и диаспора. Оксид алюминия в природе представлен в виде одной модификации – корунда. Остальные оксиды алюминия являются лабораторными продуктами, полученными искусственным путем. Сплавы алюминия с кремнием относятся к сплавам эвтектического типа c ограниченной растворимостью в твердом состоянии (диаграмма состояния III рода). Оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно – в твердом и не образуют химических соединений. Максимальная растворимость кремния в алюминии при температуре 577 °С составляет 1,65% (по массе). Данная температура называется эвтектической. Полностью эвтектическая структура формируется при содержании кремния по современным данным 12,4% (по массе) при эвтектической температуре. Эвтектикой в сплавах называется тонкая смесь кристаллов, одновременно закристаллизовавшихся из расплавов при температуре меньшей, чем температура плавления чистых компонентов. С повышением содержания кремния увеличивается доля эвтектической составляющей, и в эвтектической точке структура бинарного силумина при равновесной кристаллизации будет состоять из 100% эвтектики. Сплавы алюминия с кремнием называются силуминами. Силумины I и II групп являются наиболее распространенными литейными сплавами. Важнейшими свойствами силуминов, которые определяют эксплуатационные характеристики отливок, являются механические, коррозионные и литейные свойства. Все они определяются химическим составом, способом литья и структурой силуминов. Отливки в зависимости от технических требований могут подвергаться механическим испытаниям. Наиболее распространенными из них являются испытания на жаропрочность и ударную вязкость. В зависимости от условий эксплуатации отливки могут дополнительно подвергаться испытаниям на герметичность и коррозионную стойкость. В качестве основных легирующих элементов большинства силуминов помимо кремния являются магний и медь. В качестве дополнительных легирующих элементов используются марганец, титан, никель, цинк и др. Наиболее существенно на уровень механических свойств влияют медь и магний. Именно эти элементы обеспечивают наиболее сильное упрочнение силуминов, особенно после термической обработки. Малые добавки вводят с целью усиления какого-либо конкретного свойства либо для нейтрализации вредного влияния примесей. Титан и цирконий используют как модификаторы структуры, способствующие повышению литейных и механических свойств за счет измельчения зерен твердого раствора на базе алюминия (α-Al). Марганец и бериллий являются наиболее эффективными добавками, снижающими вредное влияние основной примеси большинства силуминов – железа. В присутствии марганца железосодержащие фазы имеют более компактную морфологию, что благоприятно сказывается на пределе прочности и пластичности силуминов. Никель обычно вводят для повышения показателей жаропрочности. В основном в качестве легирующей добавки никель присутствует в силуминах, применяемых для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания. Среди вредных примесей помимо железа в силуминах присутствуют легкоплавкие металлы – свинец и олово. Данные элементы слабо влияют на механические свойства при комнатной температуре, однако вызывают повышение горячеломкости при литье и снижают характеристики жаропрочности.

1. Беляев, А.И. Металловедение алюминия и его сплавов: Справ. изд. / А.И. Беляев, О.С. Бочвар, Н.Н. Буйнов [и др.]. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1983. – 280 с. 2. Воздвиженский, В.М. Сплавы цветных металлов для авиационной техники: учеб. пособ. / В.М. Воздвиженский, А.А. Жуков, А.Д. Постнова, М.В. Воздвиженская / под общ. ред. В.М. Воздвиженского. – Рыбинск: РГТА, 2002. – 219 с. 3. Золотаревский, В.С., Металловедение литейных алюминиевых сплавов / В.С. Золотаревский, Н.А. Белов. – М.: МИСиС, 2005. – 376 с. 4. Мальцев, М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов / М.В. Мальцев. – 2-е изд. – М.: Металлургия, 1970. – 346 с. 5. Никитин, В.И. Наследственность в литых сплавах / В.И. Никитин, К.В. Никитин. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Машиностроение-1, 2005. – 476 с. 6. Пригунова, А.Г. Силумины. Атлас микроструктур и фрактограмм промышленных сплавов: справ. изд. / А.Г. Пригунова, Н.А. Белов, Ю.Н. Таран / под ред. Ю.Н. Тарана, В.С. Золотаревского. – М.: МИСиС, 1996. – 175 с. 7. Uecker, R. The historical development of the Czochralski method / R. Uecker // J. Cryst. Growth. − 2014. − V. 401. − P. 7-24. 8. Zulehner, W. Historical overview of silicon crystal pulling development / W. Zulehner // Mater. Sci. Eng. B. − 2018. − V. 73. − P. 7-15. 9. Huff, H. R. An electronics division retrospective (1952-2002) and future opportunities in the twenty−first century / H. R. Huff // J. Electrochem. Soc. − 2017. − N 9. − P. 35-58. 10. Sceel, H. J. Ch. 1. The development of Crystal Growth technology / H. J. Scheel // Crystal Growth Technology. − John Wiley & Sons Ltd., 2004. − P. 1-14.