Структурно-фазовое состояние заэвтектического силуминового сплава Al – 20Si после воздействия компрессионными плазменными потоками

  • Виталий Игоревич Шиманский Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Антонс Евдокимовс Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-4577-7230
  • Николай Николаевич Черенда Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-2394-5117
  • Валентин Миронович Асташинский Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0001-5297-602X
  • Елизавета Алексеевна Петрикова Институт сильноточной электроники, Сибирское отделение РАН, пр. Академический, 2, корп. 3, 634055, г. Томск, Россия
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-2-25-33

Аннотация

В работе представлены результаты исследования структуры и фазового состава заэвтектического силуминового сплава с содержанием кремния 20 ат. % после высокоэнергетического импульсного воздействия компрессионными плазменными потоками. Обнаружено, что воздействие плазменными потоками с режимами, обеспечивающими плотность поглощаемой энергии 25 – 40 Дж/см2, позволяет модифицировать приповерхностный слой сплава толщиной до 30 – 32 мкм, в котором реализуется процесс плавления и последующего скоростного охлаждения. С помощью рентгеноструктурного анализа обнаружено, что в модифицированном слое заэвектического силуминового сплава формируется мелкокристаллическая фаза кремния, присутствующая в эвтектической смеси Al-Si, а также крупнокристаллическая фаза кремния, представленная первичными кристаллами. Полученные результаты позволяют разработать способ наноструктурирования кремния в заэвтектических силуминах, повышая износостойкость изготовляемых изделий.

Биографии авторов

Виталий Игоревич Шиманский, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры физики твердого тела физического факультета

Антонс Евдокимовс, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

студент физического факультета. Научный руководитель – В. И. Шиманский

Николай Николаевич Черенда, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры физики твердого тела физического факультета

Валентин Миронович Асташинский, Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь

член-корреспондент НАН Беларуси, доктор физико-математических наук; заместитель директора по научной работе и инновационной деятельности

Елизавета Алексеевна Петрикова, Институт сильноточной электроники, Сибирское отделение РАН, пр. Академический, 2, корп. 3, 634055, г. Томск, Россия

младший научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники

Литература

  1. Afanasiev VK, Prudnikov АN, Gorshenin АV. Technology of reception of the ingots, the deformed preparations and pistons from hypereutectic heat resisting silumin and them properties. Obrabotka metallov. 2010;3:28–31. Russian.
  2. Popova МV, Kibko NV. The influence of melt processing on the microstructure and thermal expansion of silumins with different silicon content. Obrabotka metallov. 2014;2:107–116. Russian.
  3. Shadaev DА, Predko PYu, Lebedeva ТI, Konkevich VYu, Kuznetsov АО, Gnevashev DА, et al. The effect of a melting tech nology on composition and morphology of hypereutectic silumin phases. Tekhnologiya legkikh splavov. 2015;2:105–111. Russian.
  4. Jeon JH, Shin JH, Bae DH. Si phase modification on the elevated temperature mechanical properties of Al – Si hypereutectic alloys. Materials Science and Engineering: A. 2019;748:367–370. DOI: 10.1016/j.msea.2019.01.119.
  5. Guoqiang Lv, Yu Bao, Yufeng Zhang, Yunfei He, Wenhui Ma, Yun Lei. Effects of electromagnetic directional conditions on the separation of primary silicon from Al – Si alloy with high Si content. Materials Science in Semiconductor Processing. 2018;81:139–148. DOI: 10.1016/j.mssp.2018.03.006.
  6. Maowen Liu, Ruixiao Zheng, Wenlong Xiao, Xiaohui Yu, Qiuming Peng, Chaoli Ma. Concurrent enhancement of strength and ductility for Al – Si binary alloy by refining phase to nanoscale. Materials Science and Engineering: A. 2019;751:303–310. DOI: 10.1016/j.msea.2019.02.081.
  7. Shi WX, Gao B, Tu GF, Li SW. Effect of Nd on microstructure and wear resistance of hypereutectic Al – 20 % Si alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2010;508:480–485. DOI: 10.1016/j.jallcom.2010.08.098.
  8. Shymanski VI, Cherenda NN, Uglov VV, Astashynski VM, Kuzmitski AM. Structure and phase composition of Nb/Ti sys tem subjected to compression plasma flows impact. Surface and Coatings Technology. 2015;278:183–189. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2015.08.014.
  9. Cherenda NN, Basalai AV, Shymanski VI, Uglov VV, Astashynski VM, Kuzmitski AM, et al. Modification of Ti – 6Al – 4V alloy element and phase composition by compression plasma flows impact. Surface and Coatings Technology. 2018;355:148–154. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2018.02.048.
  10. Shymanski VI, Uglov VV, Cherenda NN, Pigasova VS, Astashynski VM, Kuzmitski AM, et al. Structure and phase compo sition of tungsten alloys modified by compression plasma flows and high-intense pulsed ion beam impacts. Applied Surface Science. 2019;491:43–52.
  11. Shimanski VI, Evdokimovs A, Uglov VV, Cherenda NN, Astashinski VM, Kuzmitsky AM, et al. Structure modification of hy pereutectic silumin alloy Al – 44Si under the compression plasma flows impact. Fizika i khimiya obrabotki materialov. 2021;1:40–50. Russian. DOI: 10.30791/0015-3214-2021-1-40-50.
  12. Marukovich EI, Stetsenko VYu. Production of castings of hypereutectic silumin by means of casting by quenching hardening. Lit’e i metallurgiya. 2005;2–1:142–144. Russian.
  13. Morozov AI, editor. Fizika i primenenie plazmennykh uskoritelei [Physics and application of plasma accelerators]. Minsk: Nauka i tekhnika; 1974. 394 p. Russian.
  14. Anishchik VM, Ponaryadov VV, Uglov VV. Difraktsionnyi analiz [Diffraction analysis]. Minsk: Vyshjejshaja shkola; 2011. 215 p. Russian.
  15. Goncalves NS, Carvalho JA, Lima ZM, Sasaki JM. Size-strain study of NiO nanoparticles by X-ray powder diffraction line broadening. Materials Letters. 2012;72:36 –38. DOI: 10.1016/j.matlet.2011.12.046.
  16. Venkateswarlu K, Bose AC, Rameshbabu N. X-ray peak broadening studies of nanocrystalline hydroxyapatite by Williamson – Hall analysis. Physica B: Condensed Matter. 2010;405:4256–4261.
  17. Rusakov AA. Rentgenografiya metallov [Radiography of metals]. Moscow: Atomizdat; 1977. 480 p. Russian.
  18. Ivanov YuF, Petrikova EA, Teresov AD, Moskvin PV, Budovskikh EA, Koval’ NN, et al. Nanostructuring of hyperwutectic silumin surface by electron-ion-plasma methods. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Fizika. 2013;56(1–2):98–102. Russian.
  19. Lyakishev NP, editor. Diagrammy sostoyaniya dvoinykh metallicheskikh sistem. Tom 1 [State diagrams of binary metal systems. Volume 1]. Moscow: Mashinostroenie; 1996. 992 p. Russian
Опубликован
2021-05-21
Ключевые слова: заэвтектический силуминовый сплав, кремний, модифицирование поверхности, компрессионные плазменные потоки, рентгеноструктурный анализ, микронапряжения
Поддерживающие организации Работа выполнена в рамках международного проекта при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований и Российского фонда фундаментальных исследований (проект № Т19РМ-091).
Как цитировать
Шиманский, В. И., Евдокимовс, А., Черенда, Н. Н., Асташинский, В. М., & Петрикова, Е. А. (2021). Структурно-фазовое состояние заэвтектического силуминового сплава Al – 20Si после воздействия компрессионными плазменными потоками. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 25-33. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-2-25-33
Выпуск
№ 2 (2021): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика конденсированного состояния

Copyright (c) 2021 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).