Микроструктура и коэффициент трения силуминов, полученных при высокоскоростном затвердевании

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.

1. Peeru 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.2019.07.581

2. Марукович 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/10.21122/1683-6065-2019-2-19-22

3. Скоробагатько Ю.П. Модифицирование заэвтектических алюминиевых сплавов с применением активных добавок // Металл и литье Укра-ины. — 2009, № 9, 18—28

4. 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. — 2013

5. 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.2016.11.059

6. Rui 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)63236-2

7. Herlach D.M., Galenko P., and Holland-Moritz D. Metastable Solids from Undercooled Melts. — Pergamon is an imprint of Elsevier. — 2007

8. Калиниченко A.C., Кривошеев Ю.К. Определение глубины переохлаждения расплава и характера структурообразования при закалке из жидкого состояния // Литье и металлургия. — 2001 (3), 60—65

9. 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/S0235010620020048

10. Qing 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.2018.04.018

11. Гусакова 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/S0015323022050035

12. Fortini 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.2016.06.280

13. Uzun 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.2004.01.017

14. Шепелевич 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/10.30791/0015-3214-2023-3-63-71

15. 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.2021.101146