fwjТрение и и износTitle in english0000-00000000-0000AGU10.32864/0202-4977-2024-45-2-101-109fwj-8Research ArticleСтатьиМикроструктура и коэффициент трения силуминов, полученных при высокоскоростном затвердеванииMicrostructure and Coefficient of Friction of Silumins Obtained by Rapid SolidificationГусаковаО. В.GusakovaO. V.

ул. Долгобродская, 23/1, г. Минск 220070

Dolgobrodskaya st., 23/1, Minsk 220070

ol.gusakova@gmail.comШепелевичВ. Г.ShepelevichV. G.

пр. Независимости, 4, г. Минск 220030

Nezavisimosti ave., 4, Minsk 220030

УО «Международный государственный экологический институт им. А.Д. Сахарова» Белорусского государственного университетаБеларусьInternational Sakharov Environmental Institute of Belarusian State UniversityBelarusБелорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UniversitBelarus202426092026452101109Copyright © AGU, 20262026AGUAGUhttps://fwj.ejournal.by/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://fwj.ejournal.by/jour/article/view/8

Приведены результаты исследования триботехнических характеристик и микроструктуры сверхбыстрозатвердевших сплавов Al — 12,2 мас. % Si — 0,2 мас. % Fe (AK12oч) и Al — 12,5 мас. % Si — 0,8 мас. % Mg — 0,4 мас. % Mn — 0,7 мас. % Fe — 0,9 мас. % Ni — 1,7 мас. %, Cu (Al–Si–M). Методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа изучено влияние многокомпонентного легирования на микроструктуру околоэвтектического силумина. Многокомпонентное легирование эвтектического сплава Al–Si магнием, марганцем, железом, никелем и медью приводит к уменьшению уменьшение размеров первичных дендритов α-Al до 3—4 мкм. Триботехнические испытания проведенные в условиях сухого трения при возвратно поступательном движении индентора, показали, что легированние металлами быстрозатвердевших сплавов эвтектического силумина обеспечивает снижение коэффициента трения на 25 %. Анализ поверхностного состояния образовашегося трека показал, что в результате деформационного нагрева протекает окисление фазы α-Al, разрушение окисной плёнки, представляющей собой третье тело, и вынос её за пределы трека. Также было обнаружено раздробление пластин кремния в зоне трека в наноразмерные частицы. Воздействие индентора также приводит однородному распределению равноосных частиц интерметаллических соединении при сохранении их фазового состава.

The results of a study of the tribological properties and microstructure of rapidlysolidified Al — 12.2 wt. % Si — 0.2 wt. % Fe (AK12vp) and Al — 12.5 wt. % Si — 0.8 wt. % Mg — 0.4 wt. % Mn — 0.7 wt. % Fe — 0.9 wt. % Ni — 1.7 wt. %, Cu (Al–Si–M) alloys are presented. The effect of multicomponent alloying on the microstructure of near-eutectic silumin was studied using scanning electron microscopy and X-ray spectrometry. Multicomponent alloying of the Al—Si eutectic alloy with magnesium, manganese, iron, nickel and copper leads to a reduction in the size of the primary α-Al dendrites to 3—4 μm. Tribological tests carried out under conditions of dry friction with reciprocating motion of the indenter showed that alloying by metals of rapidly solidified eutectic silumin leads to a reduction in the coefficient of friction by 25 %. An analysis of the surface state of the track showed that, as a result of deformation heating, the oxidation of the α-Al phase occurs, the destruction of the oxide film, which represents the third body, and its removal beyond the track. The fragmentation of silicon plates in the track area into nano-sized particles was also obtained. The impact of the indenter also leads to a uniform distribution of equiaxed particles of intermetallic com-pounds while maintaining their phase composition.

высокоскоростное затвердеваниесилуминымикроструктуракоэффициент тренияrapid solidificationsiluminsmicrostructurecoefficient of frictionReferencesPeeru Naika M. and Balaram Padal K.T. A Review on Friction and Wear Performance of Al-Si Alloy/Steel Tribopair // Materials Today: Proceedings. — 2019 (18), 5502—5506. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.07.581Peeru Naika M. and Balaram Padal K.T. A Review on Friction and Wear Performance of Al-Si Alloy/Steel Tribopair // Materials Today: Proceedings. — 2019 (18), 5502—5506. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.07.581Марукович Е.И., Стеценко В.Ю. Технологические проблемы модифицирования структуры отливок из силуминов. Пути решения // Литье и металлургия. — 2019, № 2, 19—22. DOI: https://doi.org/10.21122/1683-6065-2019-2-19-22Marukovich E.I., Stetsenko V.Yu. Tekhnologicheskie problemy modificirovaniya struktury otlivok iz siluminov. puti resheniya // Litiyo i Metallurgiya. — 2019, № 2, 19—22. DOI: https://doi.org/10.21122/1683-6065-2019-2-19-22 (in Russian)Скоробагатько Ю.П. Модифицирование заэвтектических алюминиевых сплавов с применением активных добавок // Металл и литье Укра-ины. — 2009, № 9, 18—28Skorobagat'ko Y.P. Modificirovanie zaevtekticheskih alyuminievyh splavov s primeneniem aktivnyh dobavok // Metall i lit'e Ukrainy. — 2009, № 9, 18—28 (in Russian)Ласковнев А.П., Иванов Ю.Ф., Петрикова Е.А., Коваль Н.Н., Углов В.В., Черенда Н.Н., Бибик Н.В., Асташинский В.М. Модификация структуры и свойств эвтектического силумина электронно-ионно-плазменной обработкой. — Минск: Беларуская навука. — 2013Laskovnev A.P., Ivanov Y.F., Petrikova E.A., Koval' N.N., Uglov V.V., CHerenda N.N., Bibik N.V., Astashinskij V.M. Modifikaciya struktury i svojstv evtekticheskogo silumina elektronno-ionno-plazmennoj obrabotkoj. — Minsk: Belaruskaya navuka. — 2013 (in Russian)Takahiro. Kimura, Takayuki Nakamoto, Masataka Mizuno, and Hideki Araki. Effect of Silicon Content on Densification, Mechanical and Thermal Properties of Al-xSi Binary Alloys Fabricated Using Selective Laser Melting // Materials Science and Engineering. — 2017 (A 682), 593—602. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.11.059Takahiro. Kimura, Takayuki Nakamoto, Masataka Mizuno, and Hideki Araki. Effect of Silicon Content on Densification, Mechanical and Thermal Properties of Al-xSi Binary Alloys Fabricated Using Selective Laser Melting // Materials Science and Engineering. — 2017 (A 682), 593—602. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.11.059Rui Chen, Yu-feng Shi, Qing-yan Xu, and Baicheng Liu. Effect of Cooling Rate on Solidification Parameters and Microstructure of Al−7Si−0.3Mg−0.15Fe Alloy // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. — 2014 (24), 1645—1652. DOI: https://doi.org/10.1016/S1003-6326(14)63236-2Rui Chen, Yu-feng Shi, Qing-yan Xu, and Baicheng Liu. Effect of Cooling Rate on Solidification Parameters and Microstructure of Al−7Si−0.3Mg−0.15Fe Alloy // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. — 2014 (24), 1645—1652. DOI: https://doi.org/10.1016/S1003-6326(14)63236-2Herlach D.M., Galenko P., and Holland-Moritz D. Metastable Solids from Undercooled Melts. — Pergamon is an imprint of Elsevier. — 2007Herlach D.M., Galenko P., and Holland-Moritz D. Metastable Solids from Undercooled Melts. — Pergamon is an imprint of Elsevier. — 2007Калиниченко A.C., Кривошеев Ю.К. Определение глубины переохлаждения расплава и характера структурообразования при закалке из жидкого состояния // Литье и металлургия. — 2001 (3), 60—65Kalinichenko A.C., Krivosheev Y.K. Opredelenie glubiny pereohlazhdeniya rasplava i haraktera strukturoobrazovaniya pri zakalke iz zhidkogo sostoyaniya // Lit'e i metallurgiya. — 2001 (3), 60—65. (in Russian)Гусакова О.В., Шепелевич В.Г., Александров Д.В., Стародумов И.О. Особенности формирования структуры сплавов Al–12.2Si–0.2Fe при сверхбыстрой закалке из расплава // Расплавы. — 2020, № 2, 138—148. DOI: 10.31857/S0235010620020048Gusakova O.V., Shepelevich V.G., Alexandrov D.V., and Starodumov I.O. Structure Formation in the Melt-Quenched Al–12.2Si–0.2Fe Alloys // Russian Metallurgy (Metally). – 2020 (8), 885—892. DOI: https://doi.org/10.1134/S0036029520080054Qing Liu, Maowen Liu, Cong Xu, Wenlong Xiao, Hiroshi Yamagata, Shenghui Xie, and Chaoli Ma. 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 https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.04.018Qing Liu, Maowen Liu, Cong Xu, Wenlong Xiao, Hiroshi Yamagata, Shenghui Xie, and Chaoli Ma. 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 https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.04.018Гусакова О.В., Гусакова С.В., Шепелевич В.Г. Влияние скорости охлаждения расплава на микроструктуру сплава Al–Si, легированного Mg, Mn, Fe, Ni и Cu // Физика металлов и металловедение. — 2022 (123), № 5, 533—540. DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323022050035Gusakova O.V., Gusakova S.V., and Shepelevich V.G. Melt Cooling Rate Effect on the Microstrucutre of Al–Si Alloy Doped with Mg, Mn, Fe, Ni, and Cu // Physics of Metals and Metallography. — 2022 (123), № 5, 500—506. DOI https://doi.org/10.1134/S0031918X22050039Fortini Annalisa, Merlin Mattia, Fabbri Elettra, Pirletti Stefano, and Garagnani Gian Luca. 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: https://doi.org/10.1016/j.prostr.2016.06.280Fortini Annalisa, Merlin Mattia, Fabbri Elettra, Pirletti Stefano, and Garagnani Gian Luca. 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: https://doi.org/10.1016/j.prostr.2016.06.280Uzun O., Karaaslan T., Gogebakan M., and Keskin M. Hardness and Microstructural Characteristics of Rapidly Solidified Al–8–16 wt.%Si Alloys // Journal of Alloys and Compounds. — 2004 (376), 149—157. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2004.01.017Uzun O., Karaaslan T., Gogebakan M., and Keskin M. Hardness and Microstructural Characteristics of Rapidly Solidified Al–8–16 wt.%Si Alloys // Journal of Alloys and Compounds. — 2004 (376), 149—157. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2004.01.017Шепелевич В.Г., Гусакова О.В., Гусакова С.В. Влияние скорости охлаждения на структурно-фазовое состояние сплава Al – Si, легированного металлами //Физика и химия обработки материалов. — 2023, № 2 63—72. DOI: https://doi.org/10.30791/0015-3214-2023-3-63-71Shepelevich, V.G., Gusakova O.V., Gusakova S.V. Vliyanie skorosti ohlazhdeniya na strukturno-fazovoe sostoyanie splava Al–Si, legirovannogo metallami // Fizika i himiya obrabotki materialov. — 2023, № 2, 63—72. DOI: https://doi.org/10.30791/0015-3214-2023-3-63-71 (in Russian)Gwalani B., Fu W., Olszta M., Silverstein J., Yadav D.R., Manimunda P., and Devaraj A. Lattice Misorientation Evolution and Grain Refinement in Al-Si Alloys under High-Strain Shear Deformation // Materialia. — 2021 (18), 101146. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtla.2021.101146Gwalani B., Fu W., Olszta M., Silverstein J., Yadav D.R., Manimunda P., and Devaraj A. Lattice Misorientation Evolution and Grain Refinement in Al-Si Alloys under High-Strain Shear Deformation // Materialia. — 2021 (18), 101146. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtla.2021.101146

The authors declare that there are no conflicts of interest present.