Зеренная структура сплава Al – Si при высокоскоростном затвердевании. Фактор Тейлора

Авторы

  • 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

Ключевые слова:

сплав Al – Si, высокоскоростное затвердевание, микроструктура, зеренная структура, фактор Тейлора

Аннотация

Исследована зеренная структура фольги сплава АК12оч (Al – 12,3 мас. % Si – 0,2 мас. % Fe). Фольга получена методом сверхбыстрой закалки из расплава при скорости его охлаждения 105 К/с. Она имеет слоистую микроструктуру, что обусловлено изменением термодинамических условий на границе раздела фаз твердое тело – расплав в процессе затвердевания. Зеренная структура фазы алюминия в слоях фольги изучена методом дифракции отраженных электронов. Выявлено, что средний размер зерен в слоях фольги составляет 3,5 и 4,6 мкм. Определено, что в слое фольги у прилегающей к кристаллизатору поверхности распределение зерен по размерным группам является бимодальным. Дано объяснение формированию участков фольги с крупными (более 10 мкм) и мелкими (менее 5 мкм) зернами. Установлено, что в слое фольги у прилегающей к кристаллизатору поверхности наблюдается деформация крупных зерен, обусловленная напряжением, которое вызвано движением верхних слоев расплава. Вращение кристаллической решетки зерна описано с использованием модели Тейлора. Приведены численные значения фактора Тейлора.

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 ядерных и медицинских технологий 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

Библиографические ссылки

  1. Grosselle F, Timelli G, Bonollo F. Doe applied to microstructural and mechanical properties of Al – Si – Cu – Mg casting alloys for automotive applications. Materials Science and Engineering: A, Structural Materials Properties Microstructure and Processing. 2010;527(15):3536–3545. DOI: 10.1016/j.msea.2010.02.029.
  2. Godbole K, Bhushan B, Narayana Murty SVS, Mondal K. Al – Si controlled expansion alloys for electronic packaging applications. Progress in Materials Science. 2024;144:101268. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2024.101268.
  3. Sathiyaseelan G, Bhagyanathan C, Srinath P, Gottmyers Melwyn J. Enhancing the strength and structure of Al – Si alloys for biomedical applications through the addition of Sr and Zr grain refiners on secondary AlSi7Mg aluminum alloys. Chemical Physics Impact. 2024;8:100557. DOI: 10.1016/j.chphi.2024.100557.
  4. Попова МВ, Прудников АН, Долгова СВ, Малюх МА. Перспективные алюминиевые сплавы для авиационной и космической техники. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2017;3:18–23. EDN: ZHRDAH.
  5. Xu Y, Deng Y, Casari D, Mathiesen RH, Liu X, Li Y. Growth kinetics of primary Si particles in hypereutectic Al – Si alloys under the influence of P inoculation: experiments and modelling. Journal of Alloys and Compounds. 2021;854:155323. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.155323.
  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. Pracha O, Trudonoshyn O, Randelzhofer P, Körner С, Durst K. Multi-alloying effect of Sc, Zr, Cr on the Al – Mg – Si – Mn high-pressure die casting alloys. Materials Characterization. 2020;168:110537. DOI: 10.1016/j.matchar.2020.110537.
  8. Yang Y, Geng K, Li Sh, Bermingham M. Highly ductile hypereutectic Al – Si alloys fabricated by selective laser melting. Journal of Materials Science & Technology. 2022;110:84–95. DOI: 10.1016/j.jmst.2021.07.050.
  9. Zagulyaev D, Konovalov S, Gromov V, Glezer A, Ivanov Y, Sundeev R. Structure and properties changes of Al – Si alloy treated by pulsed electron beam. Materials Letters. 2018;229:377–380. DOI: 10.1016/j.matlet.2018.07.064.
  10. Cherenda NN, Tolkachov SA, Astashynski VM, Kuzmitski AM. Modification of composition, structure and mechanical properties of the surface layer of (Ti, Cu)N/Al – 12 at. % Si alloy system treated by compression plasma flows. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2023;1:25–33.
  11. Li Y, Jiang T, Wei B, Xu B, Xu G, Wang Z. 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.
  12. Gusakova O, Shepelevich V, Alexandrov DV, Starodumov IO. Formation of the microstructure of rapidly solidified hypoeutectic Al – Si alloy. European Physical Journal Special Topics. 2020;229:417–425. DOI: 10.1140/epjst/e2019-900136-9.
  13. Гусакова ОВ, Шепелевич ВГ. Микроструктура и микротвердость сплава Al – Si, легированного Mg, Mn, Fe, Ni, Cu, при высокоскоростном затвердевании. Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2024;1:65–74. EDN: RSTXUW.
  14. Шварц А, Кумар М, Адамс Б, Филд Д, редакторы. Метод дифракции отраженных электронов в материаловедении. Москва: Техносфера; 2014. 544 с.
  15. Гусакова ОВ, Шепелевич ВГ, Александров ДВ, Стародумов ИО. Особенности формирования структуры сплавов Al – 12,2Si – 0,2Fe при сверхбыстрой закалке из расплава. Расплавы. 2020;2:138–148. DOI: 10.31857/S0235010620020048.
  16. Wei PS, Yeh FB. Heat transfer coefficient in rapid solidification of a liquid layer on a substrate. Journal of Heat Transfer. 2000;122(4):792–800. DOI: 10.1115/1.1318208.
  17. Wang W, Qiu HH. Interfacial thermal conductance in rapid contact solidification process. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2002;45:2043–2053. DOI: 10.1016/S0017-9310(01)00307-6.
  18. Марширов ВВ, Марширова ЛЕ. Численное моделирование затвердевания сплавов при интенсивном сопряженном теплообмене. Сибирский журнал индустриальной математики. 2013;16(4):111–120. EDN: RHWMXN.
  19. Калиниченко AC, Кривошеев ЮК. Определение глубины переохлаждения расплава и характера структурообразования при закалке из жидкого состояния. Литье и металлургия. 2001;3:60–65.
  20. Дударев ЕФ. Микропластическая деформация и предел текучести поликристаллов. Томск: Издательство Томского государственного университета; 1988. 254 с.
  21. Taylor GI. Plastic strain in metals. Journal of the Institute of Metals. 1938;62:307–324.
  22. Лычагин ДВ. Фрагментация пластической деформации в металлических материалах с ГЦК-решеткой. Физическая мезомеханика. 2006;9(3):103–113.
  23. Balusu K, Kelton R, Meletis EI, Huang H. Investigating the relationship between grain orientation and surface height changes in nickel polycrystals under tensile plastic deformation. Mechanics of Materials. 2019;134:165–175. DOI: 10.1016/j.mechmat.2019.04.011.

Загрузки

Опубликован

2026-01-14

Выпуск

№ 3 (2025): Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Раздел

Физика конденсированного состояния

Лицензия

Copyright (c) 2026 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).

Как цитировать

(1)
Гусакова, О. В.; Шепелевич, В. Г. Зеренная структура сплава Al – Si при высокоскоростном затвердевании. Фактор Тейлора. Журнал Белорусского государственного университета. Физика 2026, вып. 3, 24-32. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2025-3-%p.
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC