ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 549:54.055
DOI: 10.18503/1995-2732-2025-23-4-110-118
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Алюминиевые сплавы марки 7075 обладают высоким отношением прочности к массе, однако традиционные методы производства этих сплавов сопряжены с риском образования дефектов (микропоры, трещины) и неоднородности свойств материала, затрудняющих его внедрение в существующие технологические циклы металлургического производства. Цель работы. Установление влияния режимов ионно-плазменного воздействия на механические свойства (микротвердость) на поверхности образцов сплава АА7075. Основной целью работы является исследование влияния оптимальных параметров электронно-пучкового и ионно-плазменного воздействия на прочностные характеристики алюминиевого сплава 7075. Используемые методы. В качестве оборудования представлены современные объекты исследовательской инфраструктуры с использованием одноименного источника электронов в среде аргона. Для механических испытаний использовались установки на усталостную долговечность, одноосное растяжение, а также установка для измерения микротвердости. С помощью микротвердомера по Микро-Виккерсу ГОСТ 9450-76 проведены исследования распределения микротвердости для поиска оптимальных режимов азотирования 9-ти тестовых образцов сплава АА7075. Новизна. Получение новых результатов об эволюции механических свойств материалов, изготовленных проволочно-дуговыми аддитивными технологиями при энергетическом воздействии на их поверхность. Результат. Были определены значения микротвердости, прочностные свойства, на основе которых сделаны выводы об оптимальных режимах проведения азотирования, влияние электронно-пучковой, комбинированной обработки на прочность, усталостную долговечность сплава АА7075. Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы для подбора оптимальных температурных и временных режимов проведения азотирования состава, а также для разработки новых материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Ключевые слова
алюминиевые сплавы 7075, предел прочности, усталость, микротвердость, азотирование, электронно-пучковая обработка
Для цитирования
Исследование влияния электронно-пучкового и ионно-плазменного воздействия на прочностные характеристики сплава АА7075 / Панченко И.А., Дробышев В.К., Лабунский Д.Н., Коновалов С.В. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №4. С. 110-118. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-4-110-118
1. Khalid M.Y., Umer R., Khan K.A. Review of recent trends and developments in aluminium 7075 alloy and its metal matrix composites (MMCs) for aircraft applications // Results in Engineering. 2023, vol. 20.
2. Development and applications of aluminum alloys for aerospace industry / Li S.S., Yue X., Li Q., Peng H.-L. // Journal of Materials Research and Technology. 2023, vol. 27, pp. 944–983. м3. A Review of Wire Arc Additive Manufacturing of High Strength 7xxx Series Aluminium Alloys / Ekpemogu A.I., Abioye T.E., Cunningham C., Obolo R., Seman A.A., Ogedengbe // Advances in Science and Technology. 2024. T. I.
4. Electron-Ion-Plasma Equipment for Modification of the Surface of Materials and Products / Koval N. et al. // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2023, vol. 87, no. S2, pp. S294-S300.
5. Effect of Nitriding on the Microstructure and Mechanical Properties of AA7075 Alloy / Panchenko I.A., Konovalov S.V., Drobyshev V.K. et al. // Russ. J. Non-ferrous Metals. 2024. 65, 162–169. https://doi.org/10.1134/S1067821225600048
6. Microstructural evolution and the effect of electron beam melting on the fatigue characteristics of 7075 Al alloy deposited by MIG arc additively manufacturing / Panchenko I.A., Gudala S., Labunskii D., Konovalov S. // International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM). 2024, vol. 19, no. 1, pp. 301–310.
7. Исследование структуры и свойств алюминиевого сплава 7075, полученного проволочно-дуговым аддитивным способом / Д.Н. Лабунский, И.А. Панченко, С.В. Коновалов [и др.] // Ползуновский вестник. 2023. № 2. С. 147-154.
8. Panchenko I.A., Drobyshev V.K., Bazhenova M.M. Layered instrumental indentation of alloy AA7075 obtained by the method of additive technologies // Fundamental’Nye problemy sovremennogo materialovedenia (Basic Problems of Material Science (BPMS)). 2025. 22(1), 67-76 (In Russ.). DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2025.01.006
9. Domack M.J., Shapiro A.A., Messimer S.L. Effect of RRA thermal treatment and plasma processing on 7075-Т6 alloy // Surf. Coat. Technol. 2019. Т. 357. С. 123–131.
10. Laser powder bed fusion of AA7075 alloy: Influence of process parameters on porosity and hot cracking / Stopyra W., Gruber K., Smolina I., Kuźnicka B. // Additive Manufacturing. 2020. vol. 35, art. 101345.
11. Plasma nitriding of aluminium in a pulsed dc glow discharge of nitrogen / S. Naseer, F.U. Khan, N.U. Rehman, A. Qayyum, F. Rahman, M. Zakaullah // EPJ Appl. Phys. 2010, vol. 49, no. 2, pp. 21001.
12. Meneses, W., Tuominen, J., Ylä-Autio, A., Wiikinkoski, O., Sabr, A., & Peura, P. Coaxial Wire Laser-based Additive Manufacturing of AA7075 with TiC Nanoparticles. 2023, 1296, 012033. https://doi.org/10.1088/1757-899x/1296/1/012033
13. Study of Microstructural and Corrosion Properties of Aluminium Alloy 7075 after Plasma Nitriding / Ahmadi, Haerul & Aziz, Rizky & Suprapto, Suprapto & Sujitno, Tjipto & Hapsari, Sophie // Jurnal Sains Materi Indonesia. 2020. 21. 1. 10.17146/jsmi.2019.21.1.5649.
14. Corrosion and tribocorrosion behavior of plasma nitrided AA7075 - T651 / Rocha, Letícia & Camarinha, Gabriela & Martins, Gislene & Çaha, Ihsan & Alves, Alexandra & Takahashi, Renata & Toptan, Fatih & Reis // Danieli Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração. 2023. 20. e2866. 10.4322/2176-1523.20232866.
15. Shahnawaz, M., Bashir, S., Shafique, M. A., & Hussain, T. Study the effects of nitrogen ion implantation on structural and mechanical properties of AA7075. 2018. 5(7), 076507. https://doi.org/10.1088/2053-1591/AACEB6
16. In situ and ex situ examination of plasma-assisted nitriding of aluminium alloys / Quast, M., Mayr, P., Stock, H.-R., Podlesak, H., & Wielage, B. // Surface & Coatings Technology. 2001. 135(2), 238–249. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(00)00992-0
17. Shin, D.-H., & Kim, S.-J. Effects of Hard Anodizing and Plasma Ion-Nitriding on Al Alloy for Hydrogen Embrittlement Portection. 2023. https://doi.org/10.14773/cst.2023.22.4.221
18. Study of the influence of the RRA thermal treatment and plasma nitriding on corrosion behavior of 7075-T6 aluminum alloy / Savonov, G. da S., Camarinha, M. G. G., Rocha, L. O., Barboza, M. J. R., Martins, G. V., & Reis, D. A. P. // Surface & Coatings Technology. 2019. 374, 736–744. https://doi.org/10.1016/J.SURFCOAT.2019.04.095
19. Equipment and processes of vacuum electron-ion plasma surface engineering / Devyatkov, V. & Ivanov, Yu & Krysina, Olga & Koval, Nikolay & Petrikova, Elizaveta & Shugurov, Vladimir // Vacuum. 2017. 143. 10.1016/j.vacuum.2017.04.016.