Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

Сравнительный анализ изменения структуры и свойств сплавов системы Al–Si, подвергнутых электровзрывному легированию

https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-113-120

Полный текст:

Аннотация

В работе выполнен сравнительный анализ структуры и механических свойств (микротвердости) поверхностных слоев доэвтектического сплава Al–11Si и заэвтектического сплава Al–20Si, подвергнутых электровзрывному легированию (режим обработки: масса алюминиевой фольги – 58,9 мг; масса порошка Y2O3 – 88,3 мг; напряжение разряда – 2,6 кВ). В ходе исследований установлено, что исходная структура сплава Al–11Si преимущественно состоит из зерен твердого раствора Al. Вдоль границ и в стыках границ зерен алюминия располагаются зерна эвтектики. В сплаве Al–11Si размер зерен алюминия варьируется в пределах 25–100 мкм, а размер зерен эвтектики Al–Si изменяется в пределах 10–30 мкм. Cплав Al–20Si заэвтектического состава в исходном состоянии характеризуется наличием включений первичного кремния преимущественно пластинчатой формы. Размеры включений достигают 120 мкм. После электровзрывного легирования в сплаве Al–11Si выявлено формирование многослойной структуры, состоящей из высокопористого покрытия, неоднородного по толщине, слоя жидкофазного легирования и слоя термического влияния. Толщина модифицированного слоя для сплава Al–11Si изменяется в пределах 33–60 мкм, для сплава Al–20Si – в пределах 20–100 мкм. Значение микротвердости исходного доэвтектического сплава Al–11Si составило 64 HV0,05, для заэвтектического сплава Al–20Si – 71 HV0,05. Можно отметить, что микротвердость поверхностного слоя сплава Al–11Si превышает микротвердость исходного материла более чем в 2,5 раза. Для сплава Al–20Si аналогичная разница составляет более чем 2 раза. По мере увеличения расстояния от поверхности модифицирования микротвердость снижается и на глубине ≈90 мкм достигает значения исходного сплава.

Об авторах

Юлия Андреевна Шлярова
Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк
Россия

аспирант кафедры естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля



Дмитрий Валерьевич Загуляев
Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк
Россия

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля



Виктор Евгеньевич Громов
Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк
Россия

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой естественнонаучных дисциплин им. В.М. Финкеля



Список литературы

1. Sigworth G.K., Campbell J., Jorstad J. The modification of Ai-Si casting alloys: important practical and theoretical aspects // International Journal of Metalcasting. 2009. Vol. 3. № 1. P. 65–78. DOI: 10.1007/BF03355442.

2. Kaufman J.G., Rooy E.L. Aluminum Alloy Castings: Properties, Processes, and Applications. 2004. 340 p.

3. Regulski K., Wilk-Kołodziejczyk D., Szymczak T., Gumienny G., Pirowski Z., Jaśkowiec K., Kluska-Nawarecka S. Data Mining Methods for Prediction of Multi-Component Al–Si Alloy Properties Based on Cooling Curves // Journal of Materials Engineering and Performance. 2019. Vol. 28. № 12. P. 7431–7444. DOI: 10.1007/s11665-019-04442-z.

4. Jiang B., Ji Z., Hu M., Xu H., Xu S. A novel modifier on eutectic Si and mechanical properties of Al–Si alloy // Materials Letters. 2019. Vol. 239. P. 13–16. DOI: 10.1016/j.matlet.2018.12.045.

5. Qian J., Yin Y., Li T., Hu X., Wang C., Li S. Structure, micro-hardness and corrosion behavior of the Al–Si/Al2O3 coatings prepared by laser plasma hybrid spraying on magnesium alloy // Vacuum. 2015. Vol. 117. P. 55–59. DOI: 10.1016/j.vacuum.2015.04.005.

6. Dinda G.P., Dasgupta A.K., Mazumder J. Evolution of microstructure in laser deposited Al–11.28%Si alloy // Surface and Coatings Technology. 2012. Vol. 206. № 8-9. P. 2152–2160. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2011.09.051.

7. Kaya H., Аker A. Effect of alloying elements and growth rates on microstructure and mechanical properties in the directionally solidified Al–Si–X alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 694. P. 145–154. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.09.199.

8. Thompson D.S., Zinkham R.E. The effects of alloying and processing on the fracture characteristics of aluminum sheet // Engineering Fracture Mechanics. 1975. Vol. 7. № 3. P. 389–409. DOI: 10.1016/0013-7944(75)90040-5.

9. Szkodo M., Stanisławska A., Komarov A., Bolewski Ł. Effect of MAO coatings on cavitation erosion and tribological properties of 5056 and 7075 aluminum alloys // Wear. 2021. Vol. 474–475. Article number 203709. DOI: 10.1016/j.wear.2021.203709.

10. Petrov P., Dechev D., Ivanov N., Hikov T., Valkov S., Nikolova M., Yankov E., Parshorov S., Bezdushnyi R., Andreeva A. Study of the influence of electron beam treatment of Ti5Al4V substrate on the mechanical properties and surface topography of multilayer TiN/TiO2 coatings // Vacuum. 2018. Vol. 154. P. 264–271. DOI: 10.1016/j.vacuum.2018.05.026.

11. Yang J., Bai B., Ke H., Cui Z., Liu Z., Zhou Z., Xu H., Xiao J., Liu Q., Li H. Effect of metallurgical behavior on microstructure and properties of FeCrMoMn coatings prepared by high-speed laser cladding // Optics and Laser Technology. 2021. Vol. 144. Article number 107431. DOI: 10.1016/j.optlastec.2021.107431.

12. Park C.W., Adomako N.K., Lee M.G., Kim J.H., Kim J.H. Interfacial structure and pore formation mechanism during laser cladding of pure vanadium on Ti-6Al–4V alloy // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2021. Vol. 101. Article number 105671. DOI: 10.1016/J.IJRMHM.2021.105671.

13. Cui Y.-H., Guo M.-Y., Shao Y.-H., Yang Y., Ma Y.-D., Sun W.-W., Dong Y.-C., Yan D.-R. Effects of SiC on microstructure and properties of plasma sprayed ZrB2–ZrC composite coating // Ceramics International. 2021. Vol. 47. № 9. P. 12753–12761. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.01.135.

14. Шморгун В.Г., Гуревич Л.М., Слаутин О.В., Арисова В.Н., Евстропов Д.А. Формирование покрытий на основе купридов титана на поверхности меди при контактном плавлении // Металлург. 2015. № 10. С. 88–92.

15. Шморгун В.Г., Слаутин О.В., Евстропов Д.А. Влияние режимов контактного плавления на структуру и свойства покрытий системы медь - титан // Металлург. 2016. № 6. С. 83–86.

16. Радюк А.Г., Титлянов А.Е., Украинцев А.Е. Формирование диффузионных слоев на поверхности меди и ее сплавов // Цветные металлы. 2007. № 5. С. 95–97.

17. Radek N. Experimental investigations of the Cu-Mo and Cu-Ti electro-spark coatings modified by laser beam // Advances in Manufacturing Science and Technology. 2008. Vol. 32. P. 53–68.

18. Romanov D.A., Gromov V.E., Glezer A.M., Panin S.V., Semin A.P. Structure of electro-explosion resistant coatings consisting of immiscible components // Materials Letters. 2017. Vol. 188. P. 25–28. DOI: 10.1016/j.matlet.2016.10.076.

19. Панин В.Е., Громов В.Е., Романов Д.А., Будовских Е.А., Панин С.В. Физические основы структурообразования в электровзрывных покрытиях // Доклады Академии наук. 2017. Т. 472. № 6. С. 650–653. DOI: 10.7868/S086956521706010X.

20. Романов Д.А., Будовских Е.А., Жмакин Ю.Д., Громов В.Е. Опыт и перспективы использования электровзрывной установки ЭВУ 60/10 для модификации поверхности материалов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2011. № 6. С. 20–23.


Рецензия

Для цитирования:


Шлярова Ю.А., Загуляев Д.В., Громов В.Е. Сравнительный анализ изменения структуры и свойств сплавов системы Al–Si, подвергнутых электровзрывному легированию. Frontier Materials & Technologies. 2022;(2):113-120. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-113-120

For citation:


Shlyarova Yu.A., Zagulyaev D.V., Gromov V.E. The comparative analysis of change in the structure and properties of Al–Si system alloys exposed to electroexplosive alloying. Frontier Materials & Technologies. 2022;(2):113-120. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-113-120

Просмотров: 69


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)