МОРФОЛОГИЯ И МИКРОТВЕРДОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ СПЛАВА АК5М2, ОБЛУЧЕННОГО ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Frontier Materials & Technologies. 2020; : 7-14

МОРФОЛОГИЯ И МИКРОТВЕРДОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ СПЛАВА АК5М2, ОБЛУЧЕННОГО ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ

Загуляев Д. В., Абатурова А. А., Аксенова К. В., Леонов А. А., Якупов Д. Ф.

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2020-4-7-14

Аннотация

Цель исследования - анализ изменения морфологии и микротвердости сплава АК5М2, облученного электронным пучком в различных режимах. Выполнено модифицирование поверхности сплава Al-5wt%Si электронным пучком в режимах, различающихся плотностью энергии пучка электронов (10, 20, 30, 40 и 50 Дж/см²) и длительностью импульсов (50 и 200 мкс). Установлено, что при параметрах пучка электронов 30 Дж/см², 200 мкс и 50 Дж/см², 50 мкс наблюдается максимальное увеличение микротвердости до 860 и 950 МПа для каждого из режимов соответственно. Значение микротвердости литого сплава равно 520 МПа. Морфология поверхности облучения при параметрах пучка 30 Дж/см², 200 мкс характеризуется многочисленными микропорами и микротрещинами. Причиной формирования микропор может являться усадка материала при его высокоскоростной кристаллизации. Можно предположить, что образование микротрещин обусловлено формированием в поверхностном слое растягивающих напряжений, являющихся следствием высоких скоростей охлаждения поверхностного слоя материала из расплавленного состояния. Режим облучения 50 Дж/см², 50 мкс приводит к полному растворению в поверхностном слое частиц интерметаллидов и кремния, плотность трещин на единицу поверхности образца снижается в сравнении с режимом 30 Дж/см², 200 мкс. Поверхностный слой характеризуется структурой высокоскоростной ячеистой кристаллизации с размерами от 500 до 800 нм, сформированной в объеме зерен, что может являться причиной увеличения прочностных свойств материала.

Список литературы

1. Сидоров А.Ю., Деев В.Б., Фролов В.Ф., Беляев С.В., Гурьев А.М., Лесив Е.М., Прусов Е.С. Особенности формирования микропористости в крупногабаритных плоских слитках из алюминиевых сплавов 5ХХХ серии // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2020. Т. 17. № 3. С. 338-342.

2. Русин Н.М., Скоренцев А.Л. Влияние структуры на механические и трибологические свойства спеченного сплава (AL - 12 SI) - 40 SN // Перспективные материалы. 2018. № 5. С. 66-75.

3. Чурюмов А.Ю., Мохамед И.А. Микроструктура и механические свойства композиционных материалов на основе системы Al-Si-Mg, армированных частицами SiС и полученных кристаллизацией под давлением // Металловедение и термическая обработка металлов. 2018. № 9. С. 19-22.

4. Li Q.L., Zhao S., Li B.Q., Zhu Y.Q., Wang C.Z., Lan Y.F., Xia T.D. A novel modifier on the microstructure and mechanical properties of Al-7Si alloys // Materials Letters. 2019. Vol. 251. P. 156-160.

5. Ozur G.E., Proskurovsky D.I. Generation of Low-Energy High-Current Electron Beams in Plasma-Anode Electron Guns // Plasma Physics Reports. 2018. Vol. 44. № 1. P. 18-39.

6. Peng W., Hao S., Chen J., Li W., Zhao L., Deng J. Surface composite microstructure and improved mechanical property of YG10X cemented carbide induced by high current pulsed electron beam irradiation // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2019. Vol. 78. P. 233-239.

7. Yue H., Chen Y., Wang X., Kong F. Effect of beam current on microstructure, phase, grain characteristic and mechanical properties of Ti-47Al-2Cr-2Nb alloy fabricated by selective electron beam melting // Journal of Alloys and Compounds. 2018. Vol. 750. P. 617-625.

8. Petrov P., Dechev D., Ivanov N., Hikov T., Valkov S., Nikolova M., Yankov E., Parshorov S., Bezdushnyi R., Andreeva A. Study of the influence of electron beam treatment of Ti5Al4V substrate on the mechanical properties and surface topography of multilayer TiN/TiO2 coatings // Vacuum. 2018. Vol.154. P. 264-271.

9. Jang W., Wang L., Wang X. Studies on surface topography and mechanical properties of TiN coating irradiated by high current pulsed electron beam // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam interactions with materials and atoms. 2018. Vol. 436. P. 63-67.

10. Yu P., Yan M., Tomus D., Brice C.A., Bettles C.J., Muddle B., Qiane M. Microstructural development of electron beam processed Al-3Ti-1Sc alloy under different electron beam scanning speeds // Materials Characterization. 2018. Vol. 143. P. 43-49.

11. Gao B., Xu N., Xing P.F. Shock wave induced nanocrystallization during the high current pulsed electron beam process and its effect on mechanical properties // Materials Letters. 2019. Vol. 237. P. 180-184.

12. Рыгина М.Е., Петрикова Е.А., Тересов А.Д., Иванов Ю.Ф. Исследование возможности модификации структуры и свойств поверхностного слоя заэвтектического силумина интенсивным импульсным электронным пучком // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 4. С. 248-256.

13. Bian H., Aoyagi K., Zhao Y., Maeda C., Mouri T., Chiba A. Microstructure refinement for superior ductility of Al-Si alloy by electron beam melting // Additive Manufacturing. 2020. Vol. 32. Article number 100982.

14. Yan P., Grosdidier T., Zhang X., Zou J. Formation of large grains by epitaxial and abnormal growth at the surface of pulsed electron beam treated metallic samples // Materials and Design. 2018. Vol. 159. P. 1-10.

15. Yan P., Zou J., Zhang C., Grosdidier T. Surface modifications of a cold rolled 2024 Al alloy by high current pulsed electron beams // Applied Surface Science. 2020. Vol. 504. Article number 144382.

16. Иванов Ю.Ф., Клопотов А.А., Петрикова Е.А., Рыгина М.Е., Толкачев О.С., Клопотов В.Д. Структурно-фазовое состояние силумина заэвтектического состава, облученного импульсным электронным пучком // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2020. № 12. С. 89-102.

17. Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Konovalov S.V., Chen X. Silumin structure and properties formation at electron beam treatment // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2018. Т. 15. № 4. С. 506-512.

18. Konovalov S.V., Zaguliaev D.V., Ivanov Y.F., Gromov V.E., Abaturova A.A. Modification of Al-10Si-2Cu alloy surface by intensive pulsed electron beam // Journal of Materials Research and Technology. 2020. Vol. 9. № 3. P. 5591-5598.

19. Zaguliaev D.V., Konovalov S.V., IvanovYu.F., Gromov V.E., Petrikova E.A. Microstructure and mechanical properties of doped and electron-beam treated surface of hypereutectic Al-11.1%Si alloy // Journal of Materials Research and Technology. 2019. Vol. 8. № 5. P. 3835-3842.

20. Zagulyaev D.V., Konovalov S.V., Gromov V.E., Glezer A.M., Ivanov Yu.F., Sundeev R. Structure and properties changes of Al-Si alloy treated by pulsed electron beam // Materials Letters.2018. Vol. 229. P. 377-380.

Frontier Materials & Technologies. 2020; : 7-14

THE MORPHOLOGY AND MICROHARDNESS OF THE SURFACE OF AK5M2 ALLOY IRRADIATED BY AN ELECTRON BEAM

Zagulyaev D. V., Abaturova A. A., Aksenova K. V., Leonov A. A., Yakupov D. F.

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2020-4-7-14

Abstract

The study objective was to analyze the change in the morphology and microhardness of the AK5M2 alloy irradiated by an electron beam in various regimes. The authors modified the Al-5wt%Si alloy surface by an electron beam in the modes differed in the electron beam energy density (10, 20, 30, 40, and 50 J/cm²) and pulse durations (50 and 200 μs). The study identified that at electron beam parameters of 30 J/cm², 200 μs, and 50 J/cm², 50 μs, the maximum increase in microhardness to 860 MPa and 950 MPa was observed for each of the regimes, respectively. The microhardness value of the cast alloy was 520 MPa. Numerous micropores and microcracks characterize the irradiation surface morphology at beam parameters of 30 J/cm², 200 μs. The material shrinkage during its high-speed crystallization can cause the formation of micropores. It is possible to assume that the generation of tensile stresses in a surface layer resulted from high cooling rates of a surface layer of the material from the molten state causes the formation of microcracks. The irradiation mode of 50 J/cm², 50 μs leads to the complete dissolution of intermetallic and silicon particles in a surface layer; the crack density per surface area unit of the sample decreases against the regime of 30 J/cm², 200 μs. The surface layer is characterized by the structure of high-speed cellular crystallization with the sizes of 500 to 800 nm formed in the volume of the grains that may cause an increase in the strength properties of the material.

References

1. Sidorov A.Yu., Deev V.B., Frolov V.F., Belyaev S.V., Gur'ev A.M., Lesiv E.M., Prusov E.S. Osobennosti formirovaniya mikroporistosti v krupnogabaritnykh ploskikh slitkakh iz alyuminievykh splavov 5KhKhKh serii // Fundamental'nye problemy sovremennogo materialovedeniya. 2020. T. 17. № 3. S. 338-342.

2. Rusin N.M., Skorentsev A.L. Vliyanie struktury na mekhanicheskie i tribologicheskie svoistva spechennogo splava (AL - 12 SI) - 40 SN // Perspektivnye materialy. 2018. № 5. S. 66-75.

3. Churyumov A.Yu., Mokhamed I.A. Mikrostruktura i mekhanicheskie svoistva kompozitsionnykh materialov na osnove sistemy Al-Si-Mg, armirovannykh chastitsami SiS i poluchennykh kristallizatsiei pod davleniem // Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2018. № 9. S. 19-22.

5. Ozur G.E., Proskurovsky D.I. Generation of Low-Energy High-Current Electron Beams in Plasma-Anode Electron Guns // Plasma Physics Reports. 2018. Vol. 44. № 1. P. 18-39.

12. Rygina M.E., Petrikova E.A., Teresov A.D., Ivanov Yu.F. Issledovanie vozmozhnosti modifikatsii struktury i svoistv poverkhnostnogo sloya zaevtekticheskogo silumina intensivnym impul'snym elektronnym puchkom // Vestnik Moskovskogo aviatsionnogo instituta. 2018. T. 25. № 4. S. 248-256.

16. Ivanov Yu.F., Klopotov A.A., Petrikova E.A., Rygina M.E., Tolkachev O.S., Klopotov V.D. Strukturno-fazovoe sostoyanie silumina zaevtekticheskogo sostava, obluchennogo impul'snym elektronnym puchkom // Fiziko-khimicheskie aspekty izucheniya klasterov, nanostruktur i nanomaterialov. 2020. № 12. S. 89-102.

17. Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Konovalov S.V., Chen X. Silumin structure and properties formation at electron beam treatment // Fundamental'nye problemy sovremennogo materialovedeniya. 2018. T. 15. № 4. S. 506-512.

МОРФОЛОГИЯ И МИКРОТВЕРДОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ СПЛАВА АК5М2, ОБЛУЧЕННОГО ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ

Аннотация

THE MORPHOLOGY AND MICROHARDNESS OF THE SURFACE OF AK5M2 ALLOY IRRADIATED BY AN ELECTRON BEAM

Abstract

События

EasyCookieInfo