Микроструктура и микротвердость сплава Al – Si, легированного Mg, Mn, Fe, Ni, Cu, при высокоскоростном затвердевании

  • Ольга Вадимовна Гусакова Международный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова БГУ, ул. Долгобродская, 23/1, 220070, г. Минск, Беларусь
  • Василий Григорьевич Шепелевич Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Исследовано влияние высокоскоростного затвердевания на микроструктуру, зеренную структуру, текстуру и микротвердость сплавов системы Al – Si, легированных металлами. Показано, что при постоянстве элементного состава по толщине фольга имеет слоистую микроструктуру, которая формируется в результате различных условий затвердевания. Установлено, что в слое, прилегающем к кристаллизатору, затвердевание протекает с образованием наноразмерных частиц двух видов: глобулярных частиц кремния, средний размер которых составляет 110 нм, и неглобулярных частиц, содержащих металлы и имеющих размер до 30 нм. Проанализированы причины повышения микротвердости сплава за счет дополнительного торможения скользящих дислокаций на некогерентных частицах по механизму Орована в зависимости от объемной доли кремния. Отмечена возможность увеличения микротвердости силумина, легированного металлами, до 2 ГПа, что в 4 раза превышает микротвердость литого силумина, полученного при квазиравновесном затвердевании. Разработанные сплавы являются перспективным исходным материалом для порошковой металлургии при изготовлении изделий прессованием.

Биографии авторов

Ольга Вадимовна Гусакова, Международный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова БГУ, ул. Долгобродская, 23/1, 220070, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры ядерной и радиационной безопасности факультета мониторинга окружающей среды

Василий Григорьевич Шепелевич, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; профессор кафедры физики твердого тела и нанотехнологий физического факультета

Литература

  1. Ye Haizhi. An overview of the development of Al – Si alloy based material for engine applications. Journal of Materials Engineering and Performance. 2003;12(3):288–297. DOI: 10.1361/105994903770343132.
  2. Peeru Naik M, Balaram Padal KT. A review on friction and wear performance of Al – Si alloy / steel tribopair. Materials Today: Proceedings. 2019;18(part 7):5502–5506. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.07.581.
  3. Barrirero J. Eutectic modification of Al – Si casting alloys [dissertation]. Linköping: LiU-Tryck; 2019. XXVIII, 82 p. (Linköping studies in science and technology; number 2014).
  4. Chen Jiqiang, Liu Chao, Wen Feng, Zhouc Qiongyu, Zhao Hongjin, Guan Renguo. Effect of microalloying and tensile deformation on the internal structures of eutectic Si phase in Al – Si alloy. Journal of Materials Research and Technology. 2020;9(3):4682–4691. DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.02.096.
  5. Marukovich EI, Stetsenko VYu. Technological problems of modifying of structure of silumin castings. Solutions. Foundry Production and Metallurgy. 2019;2:19–22. Russian. DOI: 10.21122/1683-6065-2019-2-19-22.
  6. Liang SS, Wen SP, Xu J, Wu XL, Gao KY, Huang H, et al. The influence of Sc – Si clusters on aging hardening behavior of dilute Al – Sc – (Zr) – (Si) alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2020;842:155826. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.155826.
  7. Stetsenko VYu, Radjko SL, Harkov SA, Li Jong Hun, Choj Ki Long. [Increasing the cooling efficiency of silumin castings when casting by quenching solidification]. Foundry Production and Metallurgy. 2006;2(1):128–129. Russian.
  8. Chen Rui, Shi Yu-feng, Xu Qing-yan, Liu Bai-cheng. Effect of cooling rate on solidification parameters and microstructure of Al – 7Si – 0.3Mg – 0.15Fe alloy. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014;24(6):1645–1652. DOI: 10.1016/S1003-6326(14)63236-2.
  9. Skorobagatko YuP. Modifying of hypereutectic aluminium alloys with the use of active additions. Metall i lit’e Ukrainy. 2009;9:19–28. Russian.
  10. Fortini A, Merlin M, Fabbri E, Pirletti S, Garagnani GL. On the influence of Mn and Mg additions on tensile properties, microstructure and quality index of the A356 aluminum foundry alloy. Procedia Structural Integrity. 2016;2:2238–2245. DOI: 10.1016/j.prostr.2016.06.280.
  11. Kimura T, Nakamoto T, Mizuno M, Araki H. Effect of silicon content on densification, mechanical and thermal properties of Al – xSi binary alloys fabricated using selective laser melting. Materials Science and Engineering: A. 2017;682:593–602. DOI: 10.1016/j.msea.2016.11.059.
  12. Zaguliaev D, Konovalov S, Ivanov Yu, Gromov V, Petrikova E. Microstructure and mechanical properties of doped and electron-beam treated surface of hypereutectic Al – 11.1 % Si alloy. Journal of Materials Research and Technology. 2019;8(5):3835–3842. DOI: 10.1016/j.jmrt.2019.06.045.
  13. Shimanski VI, Jevdokimovs A, Cherenda NN, Astashynski VM, Petrikova EA. Structure and phase composition of hypereutectic silumin alloy Al – 20Si after compression plasma flows impact. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2021;2:25–33. DOI: 10.33581/2520-2243-2021-2-25-33.
  14. Xu CL, Wang HY, Qiu F, Yang YF, Jiang QC. Cooling rate and microstructure of rapidly solidified Al – 20 wt. % Si alloy. Materials Science and Engineering: A. 2006;417(1–2):275–280. DOI: 10.1016/j.msea.2005.10.040.
  15. Uzun O, Karaaslan T, Gogebakan M, Keskin M. Hardness and microstructural characteristics of rapidly solidified Al – 8–16 wt. % Si alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2004;376(1–2):149–157. DOI: 10.1016/j.jallcom.2004.01.017.
  16. Li Yong, Jiang Tao, Wei Bowen, Xu Boyue, Xu Guangming, Wang Zhaodong. Microcharacterization and mechanical performance of an Al – 50Si alloy prepared using the sub-rapid solidification technique. Materials Letters. 2020;263:127287. DOI: 10.1016/j.matlet.2019.127287.
  17. Pramod SL, Ravikirana, Prasada Rao AK, Murty BS, Bakshi SR. Effect of Sc addition and T6 aging treatment on the microstructure modification and mechanical properties of A356 alloy. Materials Science and Engineering: A. 2016;674:438–450. DOI: 10.1016/j.msea.2016.08.022.
  18. Shepelevich VG, Gusakova OV, Alexandrov DV, Starodumov IO. Phase composition of hypereutectic silumin at rapid solidification. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2019;2:96–104. Russian. DOI: 10.33581/2520-2243-2019-2-96-104.
  19. Lysenko AB, Borisova GV, Kravets OL. Calculation of the cooling rate under quenching of alloys from liquid state. Fizika i tekhnika vysokikh davlenii [Internet]. 2004 [cited 2023 March 18];14(1):44–53. Available from: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/168045. Russian.
  20. Liu Q, Liu M, Xu C, Xiao W, Yamagata H, Xie S, et al. Effects of Sr, Ce and P on the microstructure and mechanical properties of rapidly solidified Al – 7Si alloys. Materials Characterization. 2018;140:290–298. DOI: 10.1016/j.matchar.2018.04.018.
  21. Gusakova OV, Shepelevich VG, Alexandrov DV, Starodumov IO. Features of the structure formation in Al – 12.2Si – 0.2Fe alloys under rapid solidification from a melt. Metally. 2020;2:138–148. Russian. DOI: 10.31857/S0235010620020048.
  22. Gusakova ОV, Shepelevich VG, Alexandrov DV, Starodumov IO. Formation of the microstructure of rapidly solidified hypoeutectic Al – Si alloy. The European Physical Journal Special Topics. 2020;229(2–3):417–425. DOI: 10.1140/epjst/e2019-900136-9.
  23. Gusakova OV, Gusakova SV, Shepelevich VG. [Melt cooling rate effect on the microstructure of Al – Si alloy doped with Mg, Mn, Fe, Ni and Cu]. Fizika metallov i metallovedenie. 2022;123(5):533–540. Russian. EDN: CWPZNZ.
  24. Eshbi IF. [About Orowan voltage]. In: Mekhed GN, translator; Gordienko LK, editor. Fizika prochnosti i plastichnosti [Physics of strength and plasticity]. Moscow: Metallurgiya; 1972. p. 88–107. Russian.
  25. Daneyko OI, Kovalevskaya TA, Shalygina TA, Simonenko VG. Influence of incoherent nanosized particles on the annihilation of dislocations in heterophase aluminum-matrix crystalline alloys. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Fizika. 2021;64(10):98–103. Russian. DOI: 10.17223/00213411/64/10/98.
Опубликован
2024-01-31
Ключевые слова: силумины, легирование металлами, высокоскоростное затвердевание, микроструктура, микротвердость
Как цитировать
Гусакова, О. В., & Шепелевич, В. Г. (2024). Микроструктура и микротвердость сплава Al – Si, легированного Mg, Mn, Fe, Ni, Cu, при высокоскоростном затвердевании. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 1, 65-74. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/5724
Выпуск
№ 1 (2024): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика конденсированного состояния

Copyright (c) 2024 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).