ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 621.789:538.911
DOI: 10.18503/1995-2732-2025-23-3-97-105
Аннотация
Актуальность работы. Применение комбинированного модифицирования сплава Al-15%Si методами внешних энергетических воздействий позволяет локально упрочнить поверхностный слой деталей и узлов, изготав-ливаемых из алюминиевых сплавов. Цель работы. Выявление закономерностей изменения фазового состава и структуры сплава высококремнистого силумина, подвергнутого комбинированной модификации в зависимости от глубины модифицированного слоя. Используемые методы. Выполнено поверхностное модифицирование сплава Al-15%Si, которое заключалось в комбинировании электровзрывного легирования поверхности образцов порошком Y2O3 (установка ЭВУ 60/10) и облучения электронным пучком модифицированных электровзрывным методом образцов. Осуществляли на установке «СОЛО» при следующих параметрах облучения: энергия ускоренных электронов 18 кэВ, плотность энергии пучка электронов ES = 35 Дж/см2 при длительности импульсов воздействия 150 мкс, количество импульсов 3, частота следования импульсов 0,3 с-1, давление рабочего газа (аргон) в рабочей камере 0,02 Па. Новизна. Разработка уникального способа модификации сплава Al-15%Si, заключающегося в комбинированной обработке и позволяющего улучшить его износостойкость и эксплуатационные свойства по сравнению с материалом в исходном состоянии. Результаты. В результате проведения рентгенофазового анализа установлено, что модифицированная поверхность характеризуется многофазной структурой поверхностного слоя. На расстоянии 25 мкм от поверхности выявлена зеренная структура, сформированная атомами алюминия и титана, а на глубине 65 мкм обнаружена структура пластинчатой эвтектики, в которой пластины твердого раствора на основе алюминия чередуются с пластинами кремния. По результатам индицирования микроэлектронограмм и темнопольного анализа фольг, полученных на поверхности образца, выявлены частицы в виде игл или пластин, которые представляют собой элементный состав Ti4Al43Y6, а также окислы алюминия, титана и иттрия, и на расстоянии 25 мкм от поверхностного слоя найдены частицы окисной фазы с составом TiO2 и YTi2O6, в объеме зерен на дислокациях обнаруживаются наноразмерные (10-15 нм) частицы, предположительно TiO2 или YAl3. Практическая значимость. Применение данного способа комбинированной модификации в производстве высокопрочных и износостойких компонентов для авиационной и автомобильной промышленности, а также в других сферах, где требуются материалы с улучшенными механическими свойствами.
Ключевые слова
силумин Al-15%Si, электровзрывное легирование, электронно-пучковая обработка, порошок Y2O3, комбинированная обработка, фазовый состав, рентгенограмма, микроэлектронограмма
Для цитирования
Распределение фаз и структурные изменения высококремнистого силумина после электровзрывного леги-рования и обработки электронным пучком / Шлярова Ю.А., Шляров В.В., Серебрякова А.А., Загуляев Д.В. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №3. С. 97-105. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-3-97-105
1. Девятков B.Н., Коваль Н.Н., Щанин П.М. Получение сильноточных низкоэнергетичных электронных пучков в системах с плазменным эмиттером // Изв. вузов. Физика. 2001. Т. 44. № 9. С. 36−43.
2. Иванов Ю.Ф., Коваль Н.Н. Низкоэнергетические электронные пучки субмиллисекундной длительности: получение и некоторые аспекты применения в области материаловедения // Структура и свойства перспективных металлических материалов / под общ. ред. А.И. Потекаева. Гл. 13. Томск: Изд-во НТЛ, 2007. С. 345−382.
3. Разработка комплексной технологии электронно-ионно-плазменного инжиниринга поверхности материалов и изделий / Коваль Н.Н., Иванов Ю.Ф., Тересов А.Д. и др. // Наноинженерия. 2015. № 4(46). С. 4−13.
4. Электронно-ионно-плазменная модификация по-верхности цветных металлов и сплавов / под общ. ред. Н.Н. Коваля и Ю.Ф. Иванова. Томск: Изд-во НТЛ, 2016. 312 с.
5. Otani B. Silumin and its Structure // J. Inst. Met. 2022, no. 36, р. 1926.
6. Microstructures, mechanical properties, and corrosion behavior of novel high-thermal-conductivity hypoeutectic Al-Si alloys prepared by rheological high pressure die-casting and high pressure die-casting / Qi M., Kang Y., Qiu Q., Tang W., Li J. // J. Alloys Compd. 2018, no. 15 (745), pp. 487-502.
7. Marukovich E., Stetsenko V. The problem of modifying an aluminum-silicon eutectic alloy of silumins. Way of solutions // Litiyo i Metallurgiya. 2018, pp. 12-15.
8. Electroexplosive consolidation and heat treatment of Al-Si alloys / F. L. D. S. B. Lima et al. // Journal of Materials Science. 2019, vol. 54, no. 2, pp. 123-134.
9. Properties of high-silicon aluminum alloys processed by electron beam melting / V.A. Khomutov et al. // Journal of Alloys and Compounds. 2020, vol. 812.
10. Структура поверхности силумина АК15? подвергнутого комбинированному внешнему энергетическому воздействию / Серебрякова А. А., Шлярова Ю. А., Шляров В. В., Загуляев Д. В. // Бернштейновские чтения по термомеханической обработке металлических материалов, посвященные 105-летию со дня рождения Марка Львовича Бернштейна : сборник тезисов научно-технического семинара, 22–26 октября 2024 г. / Университет науки и технологий МИСиС [и др.]. М.: НИТУ МИСиС, 2024. С. 117.
11. Surface modification by the EVU 60/10 electroexplosive sys-tem / Romanov D.A., Budovskikh E.A., Zhmakin Y.D., Gromov V.E. // Steel in Translation. 2011, vol. 41, no. 6, pp. 464–468.
12. Primig S., Theska F., Haghdadi N. Electron Microscopy Methods. Elsevier, 2020.
13. Kuo J. Electron Microscopy: Methods and Protocols. Humana Totowa, NJ, 2014.