ISSN: 1814-3520(print)
ISSN: 2500-1590(online)
12+
Вестник Иркутского государственного технического университета
Поиск по сайту

Повышение механических свойств композиционных алюминиевых сплавов при вводе карбида бора

2020 / Том 24 № 3 2020г. [ МЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ]

Цель - получение металлического композиционного материала на основе сплава алюминия Al - 5%Cu с введением добавок карбида бора B4C и изучение микроструктурных особенностей и механических свойств литых заготовок на его основе. Литые заготовки из алюминиевого сплава, содержащего 5% масс. Сu с различным (от 2 до 7% масс.) содержанием карбида бора, готовили в лабораторных машинах литья под давлением (частицы B4C крупностью 5-7 мкм вводили в расплав при непрерывном перемешивании непосредственно перед литьем). Испытания образцов на растяжение при удлинении 0,1-0,5 мм осуществляли на разрывных машинах марки «Shimadzu» в соответствии со стандартами ASTM. Изучение микроструктуры экспериментальных образцов проводили методом сканирующей электронной микроскопии с помощью микроскопа INSPECT S50 (FEI, Нидерланды). При изучении микроструктуры образцов установлено, что при введении карбида бора в алюминиевую матрицу композит содержит включения промежуточной фазы кристаллизации Al2Cu и распределенные по всему объему матрицы включения частиц B4C; имеются зоны пористости в виде слабого контакта матричного материала с встраиваемой поверхностью армированной частицы карбида бора, фиксируется высокий уровень смачивания матричным расплавом, что приводит к равномерному распределению частиц в объеме матрицы. Наилучшие показатели по твердости (113 HV) и пределу прочности на растяжение (~180 МПа) имеют образцы с добавкой карбида бора в количестве 5%: при данном содержании наблюдается низкая ликвация частиц в объеме матрицы Al-Cu и, как следствие, равномерная мелкозернистая структура заготовки для выбранного состава композита. По результатам исследований рекомендован в качестве материала для изготовления изделий с требуемыми твердостью и прочностью состав композита, получаемого литьем под давлением, на основе сплава Al - 5%Cu с добавкой частиц карбида бора 5%.

Ключевые слова:

алюминиевые матричные композиты,сканирующая электронная микроскопия,карбид бора,литье под давлением,металлические композиционные материалы,механические свойства,aluminium matrix composites,scanning electron microscopy,boron carbide,die casting,metal composite materials,mechanical properties

Авторы:

Библиографический список:

  1. Shao Chenwei, Zhao Shuo, Wang Xuegang, Zhu Yankun, Zhang Zhefeng, Ritchie R.O. Architecture of high-strength aluminum-matrix composites processed by a novel microcasting technique // NPG Asia Materials. 2019. Vol. 11. No. 69. P. 148-150. https://doi.org/10.1038/s41427-019-0174-2
  2. Joel J., Anthony Xavior M. Aluminium Alloy Composites and its Machinability studies; A Review // PARIPEX - Indian Journal of Research. 2018. Vol. 5. Issue. 5. Part. 2. P. 13556-13562. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.02.351
  3. Li Xin, Yan Hong, Wang Zhi-Wei, Li Ning, Liu Jian-Long, Nie Qiao. Effect of Heat Treatment on the Microstructure and Mechanical Properties of a Composite Made of Al-Si-Cu-Mg Aluminum Alloy Reinforced with SiC Particles // Metals. 2019. Vol. 9. Issue 11. Р. 1205. [Электронный ресурс]. URL: https://www.mdpi.com/2075-4701/9/11/1205 (05.02.2019). https://doi.org/10.3390/met911120
  4. Mavhungu S.T., Akinlabi E.T., Onitiri M.A., Varachia F.M. Aluminum Matrix Composites for Industrial Use: Advances and Trends // Procedia Manufacturing. 2017. Vol. 7. P. 178-182. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2016.12.045
  5. Thirumoorthy A., Arjunan T.V., Senthil Kumar K.L. Latest Research Development in Aluminum Matrix with Particulate Reinforcement Composites - A Review // Materials Today Рroceedings. 2018. Vol. 5. No. 1. P. 1657-1665.
  6. Ramnath B.V., Elanchezhian C., Annamalai RM., Aravind S., Atreya T.S.A., Vignesh V., et al. Aluminium Metal Matrix Composites - A Review // Reviews on Advanced Materials Science. 2014. Vol. 38. P. 55-60.
  7. Достаева А.М., Смагулов Д.У., Немчинова Н.В. Расчет и экспериментальное исследование фазовых превращений в сплавах системы Al-Zr-Fe-Si // «Металлургия: технологии, инновации, качество» «Металлургия - 2017»: труды XX Междунар. науч.-практ. конф.: в 2 ч. (г. Новокузнецк, 15-16 ноября 2017 г.). Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2017. Ч. 1. С. 39-44.
  8. Гусева Е.А., Константинова М.В., Гусев А.О. Пути повышения надежности промышленного оборудования // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 10. С. 218-224.
  9. Романов А.Д., Чернышов Е.А., Мыльников В.В., Романова Е.А. Разработка технологии получения композиционного материала на основе алюминия // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 12. Ч. 2. С. 176-179. [Электронный ресурс]. URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=6292 (16.02.2019).
  10. Левашов Е.А., Рогачев А.С., Юхвид В.И., Боровинская И.П. Физико-химические и технологические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. М.: Бином, 1999. 176 с.
  11. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков А.В., Китаев Я.А., Филькин В.М., Шевченко А.А. [и др.]. Технология металлов и металловедение. М.: Металлургия, 1987. 800 с.
  12. Teresiak A., Kubsch H. X-ray investigations of high energy ball milled transition metal carbides // Nanostructured Materials. 1995. Vol. 6. Issue. 5-8. Р. 671-674. https://doi.org/10.1016/0965-9773(95)00147-6
  13. Попов В.А., Мармулев А.В., Кондратенков М.Ю. Теоретическая оценка возможности получения металломатричных композитов с малым размером упрочняющих частиц // Известия вузов. Цветная металлургия. 2005. № 1. С. 52-56.
  14. Ahlatci H., Koçer T., Candan E., Çimenoğlu H. Wear behaviour of Al/(Al2O3p+SiCp) hybrid composites // Tribology International. 2006. Vol. 39. No. 3. P. 213-220. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2005.01.029
  15. Bazhin V.Yu., Alattar A.L., Danilov I.V. Development of technologies for the production of multi-component ligatures Al-Cu-B-C with high thermal characteristics // IOP Conference series: Material Science and Engineering. 2019. Vol. 537. Issue 2. P. 134-142. [Электронный ресурс]. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/537/2/022037 (27.01.2019). https://doi.org/10.1088/1757-899X/537/2/022037
  16. Калашников И.Е., Болотова Л.К., Чернышова Т.А. Влияние наноразмерных тугоплавких добавок на кристаллизацию алюмоматричных композиционных материалов, произведенных в процессе in-situ // Кинетика и механизм: тез. докладов VI Междунар. науч. конф. (г. Иваново, 21-24 сентября 2010 г.). Иваново, 2010. С. 182.
  17. Шумихин В.С. Билецкий А.К., Щерецкий А.А. Композиционные сплавы на основе алюминия // Литейное производство. 1992. № 9. С. 13-14.
  18. Абузин Ю.А. Неравновесные структуры в металлических композиционных материалах // Металлургия машиностроения. 2009. № 6. С. 32-35.
  19. Robson J.D., Prangnell P.B. Modelling Al3Zr dispersoid precipitation in multicomponent aluminium alloys // Materials Science and Engineering: A. 2003. Vol. 352. Issue 1-2. P. 240-250. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(02)00894-8
  20. Schöbel M., Pongratz P., Degischer H.P. Coherency loss of Al3(Sc, Zr) precipitates by deformation of an Al-Zn-Mg alloy // Acta Materialia. 2012. No. 60. Issue 10. P. 4247-4254. http://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.04.011
  21. Canakci A., Arslan F., Varol T. Effect of volume fraction and size of B4C particles on production and microstructure properties of B4C reinforced aluminium alloy composites // Materials Science and Technology. 2013. Vol. 29. Issue 8. P. 954-950. http://doi.org/10.1179/1743284713Y.0000000232
  22. Xing Hongwei, Cao Xiaoming, Hu Wanping, Zhao Longzhi, Zhang Jinsong. Interfacial reactions in 3D-SiC network reinforced Cu-matrix composites prepared by squeeze casting // Materials Letters. 2005. Vol. 59. Issue 12. P. 1563-1566. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2005.01.023
  23. Курбаткина Е.И., Белов Н.А., Горшенков М.В. Структура и фазовый состав композиционных гранул на основе термостойкого алюминиевого сплава АЛТЭК с борсодержащим наполнителем // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2012. № 3. С. 33-36.

Файлы:

Язык

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная
Количество скачиваний:15877