Исследование возможности модификации структуры и свойств поверхностного слоя заэвтектического силумина интенсивным импульсным электронным пучком

Металлургия и материаловедение

Материаловедение

2018. Т. 25. № 4. С. 248-256.

Авторы

Рыгина М. Е. *, Петрикова Е. А. **, Тересов А. Д. ***, Иванов Ю. Ф. ****

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук, ИСЭ СО РАН, Академический просп., 2/3, Томск, 634055, Россия

*e-mail: l-7755me@mail.ru
**e-mail: petrikova@opee.hcei.tsc.ru
***e-mail: tad514@yandex.ru
****e-mail: yufi55@mail.ru

Аннотация

Силумины заэвтектического состава в литом состоянии характеризуются высоким уровнем пористости, наличием крупных включений кремния и интерметаллидов, что существенно сужает сферу использования данного материала в промышленности. Для устранения указанных недостатков облучали в вакууме образцы заэвтектического силумина (Al-(20-22) вес. % Si) интенсивным импульсным электронным пучком в режиме плавления поверхностного слоя. Показано, что высокоскоростное плавление и последующая высокоскоростная кристаллизация приводят к формированию беспористого поверхностного слоя толщиной до 100 мкм, свободного от первичных включений кремния и интерметаллидов, имеющего структуру ячеистой кристаллизации. Размер ячеек, образованных твердым раствором на основе алюминия, (0,4-0,6) мкм. Ячейки разделены прослойками второй фазы с поперечным размером частиц до 100 нм. Установлено, что формирование многофазной субмикро- нанокристаллической структуры сопровождается увеличением микротвердости силумина в 4,5 раза, износостойкости – в 1,2 раза по сравнению с литым состоянием.

Ключевые слова

заэвтектический силумин, интенсивный импульсный электронный пучок, фазовый состав, структура, твердость, износостойкость

Библиографический список

  1. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. – М.: Металлургия, 1979. – 640 с.

  2. Белов Н.А. Фазовый состав промышленных и перспективных алюминиевых сплавов. – М.: Издательский дом МИСиС, 2010. – 509 с.

  3. Курдюмов А.В., Пикунов М.В., Чурсин В.М., Бибиков Е.Л. Производство отливок из сплавов цветных металлов: Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 416 с.

  4. Агафонов Р.Ю., Вилков Ф.Е., Касицын А.Н., Предко П.Ю., Марченков А.Ю. Применение в ракетно-космической технике сплавов на основе алюминия с добавками редкоземельных металлов // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 4. С. 174-180.

  5. Шляпцева А.Д., Петров И.А., Ряховский А.П., Моисеев В.С. Комплексное влияние модифицирующих добавок на структуру и механические свойства сплава АК12 // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 3. С. 175-181.

  6. Makhloufе M.M., Guthy H.V. The aluminum-silicon eutectic reaction: mechanisms and crystallography // Journal of Light Metals. 2001. Vol. 1. No. 4, pp. 199-218. DOI: 10.1016/S1471-5317(02)00003-2

  7. Paramo V., Colas R., Velasco E., Valtierra S. Spheroidization of the Al-Si Eutectic in a Cast Aluminum Alloy // Journal of Materials Engineering and Performance. 2000. Vol. 9. No. 6, pp. 616-622. DOI: 10.1361/105994900770345467

  8. Калугина М.С., Ремшев Е.Ю., Данилин Г.А., Воробьева Г.А., Тельнов А.К. Способ упрочнения легких сплавов аэротермоакустической обработкой в авиа- и ракетостроении // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 2. С. 230-239.

  9. Воронин С.В., Лобода П.С., Ледяев М.Е. Определение оптимальной пористой структуры с целью повышения удельных механических свойств алюминиевого сплава // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 4. С. 164-173.

  10. Комков В.А., Кокорева О.Г., Курсаков А.В. Исследование возможностей упрочнения поверхностей тонкостенных элементов летательных аппаратов методом поверхностной пластической деформации // Вестник Московского авиационного института. 2015. Т. 22. № 2. С. 132-136.

  11. Углов В.В. Структурно-фазовые превращения в алюминии, железе и его сплавах при комбинированных ионных и плазменных воздействиях: Дисс. ... докт. физ.-мат. наук. – Минск: БГУ, 2006. – 278 с.

  12. Ласковнев А.П., Иванов Ю.Ф., Петрикова Е.А. и др. Модификация структуры и свойств эвтектического силумина электронно-ионно-плазменной обработкой: Монография. – Минск: Белоруская наука, 2013. – 287 с.

  13. Rotshtein V., Ivanov Yu., and Markov A. Surface treatment of materials with low-energy, high-current electron beams // Materials surface processing by directed energy techniques. Ed. by Y. Pauleau. – Elsevier Science, 2006. Ch. 6, pp. 205-240. DOI: 10.1016/B978-008044496-3/50007-1

  14. Hao Y., Gao B., Tu G.F., Cao H., Hao S.Z., Dong C. Surface modification of Al-12.6Si alloy by high current pulsed electron beam // Applied Surface Science. 2012. Vol. 258. No. 6, pp. 2052-2056. DOI: 10.1016/j.apsusc.2011.04.104

  15. Gao B., Hao Y., Wang Z., Tu G.-F., Shi W.-X., Li S.-W., Hao S.-Z., Dong C. High current pulsed electron beam treatment of hypereutectic Al-17.5Si alloy // Transactions of Materials and Heat Treatment. 2010. Vol. 31. No. 9, pp. 115-118.

  16. Hao Y., Gao B., Tu G.F., Wang Z., Hao C.Z. Influence of high current pulsed electron beam (HCPEB) treatment on wear resistance of hypereutectic Al-17.5Si and Al-20Si Alloys // Materials Science Forum. 2011. Vol. 675-677, pp. 693-696. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.675-677.693

  17. Zagulyaev D., Konovalov S., Gromov V., Glezer A., Ivanov Yu., Sundeev R. Structure and properties changes of Al-Si alloy treated by pulsed electron beam // Materials Letters. 2018. Vol. 229, pp. 377-380. DOI: 10.1016/j.matlet.2018.07.064

  18. Dziadon A., Mola R. and Blaz L. The microstructure of the surface layer of magnesium laser alloyed with aluminum and silicon // Materials Characterization. 2016. Vol. 118, pp. 505-513. DOI: 10.1016/j.matchar.2016.06.034

  19. Maryam S. and Bashir F. Effect of laser irradiation on surface hardness and structural parameters of 7178 aluminium alloy // Materials Research Express. 2018. Vol. 5. No. 4. DOI: 10.1088/2053-1591/aabb3d

  20. Hao Y., Gao B., Tu G.-F., Shi W.-X., Li S.-W., Hao S.-Z., Dong C. Effect of HCPEB treatment on microstructure and microhardness of hypereutectic Al-20Si alloy // Transactions of Materials and Heat Treatment. 2010. Vol. 31. No. 9, pp. 142-145.

  21. Электронно-ионно-плазменная модификация поверхности цветных металлов и сплавов / Под общ. ред. Н.Н. Коваля и Ю.Ф. Иванова. – Томск: Изд-во НТЛ, 2016. – 308 с.

  22. Бабичев А.П., Бабушкина Н.А., Братковский А.М. и др. Физические величины. Справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2019