Прусов Евгений Сергеевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Ультрамелкодисперсные металлические материалы»
ул. Горького 87, г. Владимир 600000
Evgeny S. Prusov, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Department "Ultrafine Metallic Materials"
87 Gorky Str., Vladimir 600000
Деев Владислав Борисович, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории «Ультрамелкодисперсные металлические материалы»
Ленинский пр. 4, г. Москва 119049
Vladislav B. Deev, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Chief Researcher of the Laboratory "Ultrafine Metallic Materials"
4 Leninsky Ave., Moscow 119049
Лесив Елена Михайловна, кандидат техни- ческих наук, доцент, доцент кафедры «Литейное производство»
пр. Свободный 79, г. Красноярск 660041
Elena M. Lesiv, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Foundry Production
79 Svobodny Ave., Krasnoyarsk 660041
Целью настоящего исследования является анализ взаимосвязи параметров микроструктуры и механического поведения литых композиционных материалов системы Al – Al3Ti с учетом современных представлений о механизмах их структурообразования и упрочнения.
Методы. Литые композиционные материалы с эндогенным интерметаллидным армированием получали путем ввода брикетированного порошка титана (>99,5% Ti) фракции <300 мкм в количестве 3 мас. % в алюминиевый расплав состава Al + 7 мас. % Zn + 3 мас. % Mg. Для изучения полученных материалов использовали компьютерные методы количественной металлографии и метод измерения твердости. Взаимосвязь микроструктуры и механического поведения алюмоматричных композитов анализировали с использованием общепринятых теорий армирования.
Результаты. Показано, что при прямом химическом взаимодействии между порошкообразными частицами металлического титана с алюминиевым расплавом системы Al – Zn – Mg происходит формирование дисперсных частиц Al3Ti, равномерно распределенных по объему материала. Синтезированные частицы имели средний размер 11,42 мкм и занимали долю площади 10,27%. Рассмотрен механизм образования армирующих частиц Al3Ti. Средние значения твердости образцов алюмоматричных композитов в литом состоянии составили 141,6 HB, в то время как твердость неармированной матрицы находилась на уровне 92 HB. Проведен анализ потенциальных механизмов упрочнения литых композиционных материалов, определяющих их механическое поведение во взаимосвязи с процессами структурообразования.
Заключение. Прямой синтез алюмоматричных композитов с эндогенным интерметаллидным армированием путем ввода брикетированных порошковых прекурсоров в матричный расплав позволил достичь превосходной степени равномерности распределения армирующих частиц без применения специального технологического оборудования. Предположительно, преобладающим механизмом упрочнения литых композиционных материалов системы Al – Al3Ti следует считать упрочнение вследствие несоответствия коэффициентов термического расширения и модулей упругости компонентов и упрочнение по Холлу – Петчу вследствие модифицирующего действия частиц Al3Ti по отношению к кристаллам α-твердого раствора матричных алюминиевых сплавов.
The purpose of this study is to analyze the relationship between the parameters of the microstructure and the mechanical behavior of cast composite materials of the Al-Al3Ti system, considering modern representations about the mechanisms of their structure formation and strengthening.
Methods. Cast composite materials with endogenous intermetallic reinforcement were obtained by adding compacted titanium powder (>99.5% Ti) with a size of <300 μm in an amount of 3 wt.% into an aluminum melt of the composition Al + 7 wt.% Zn + 3 wt.% Mg. To study the obtained materials, computer methods of quantitative metallography and the method of measuring hardness were used. The relationship between the microstructure and mechanical behavior of aluminum matrix composites was analyzed using generally accepted theories of reinforcing.
Results. It is shown that during direct chemical interaction between powdered particles of metallic titanium with an aluminum melt of the Al-Zn-Mg system, the formation of dispersed Al3Ti particles uniformly distributed over the volume of the material occurs. The synthesized particles had an average size of 11.42 µm and occupied an area fraction of 10.27%. The formation mechanism of Al3Ti reinforcing particles is considered. The average values of the hardness of samples of aluminum matrix composites in the as-cast state were 141.6 HB, while the hardness of the unreinforced matrix was 92 HB. An analysis was made of the potential mechanisms of strengthening of cast composite materials that determine their mechanical behavior in conjunction with the processes of structure formation.
Conclusion. Direct synthesis of aluminum matrix composites with endogenous intermetallic reinforcement by adding compacted powder precursors into the matrix melt made it possible to achieve an excellent degree of uniformity in the distribution of reinforcing particles without the use of special technological equipment. Presumably, the predominant mechanism of strengthening of cast composite materials of the Al/Al3Ti system should be considered strengthening due to a mismatch between the thermal expansion coefficients and elastic moduli of the components and Hall-Petch strengthening due to the modifying action of Al3Ti particles with respect to crystals of the α-solid solution of matrix aluminum alloys.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.