Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:
М. Е. Самошина, старший научный сотрудник инжинирингового центра «Литейные технологии и материалы»,
доцент кафедры «Литейные технологии и художественная обработка материалов», эл. почта: samoshina@list.ru
К. Ю. Червякова, инженер инжинирингового центра «Литейные технологии и материалы», аспирант кафедры «Литейные технологии и художественная обработка материалов»
А. С. Алещенко, доцент кафедры «Обработка металлов давлением»
М. М. Мирзомустакимов, магистрант кафедры «Литейные технологии и художественная обработка материалов»
Индукционной плавкой получены слитки сплава Al – 6 % Cu – 2 % B, анализ микроструктуры которых показал равномерное распределение боридных частиц в алюминиевой матрице. Помимо алюминиевого твердого раствора фазовый анализ выявил наличие двух боридных фаз AlB12 и AlB2, а также фазы Al2Cu эвтектического происхождения. Перед деформацией проводили гомогенизационный отжиг слитков при температуре 540 оС с последующим охлаждением на воздухе. Время гомогенизации составило 6 и 12 ч. Исследования показали, что уже после 6 ч гомогенизации достигается достаточная степень растворения частиц фазы Al2Cu, оставшаяся их часть принимает глобулярную форму. Деформационно-термическая обработка гомогенизированных слитков включает горячую и затем холодную деформацию с промежуточными смягчающими отжигами. Температуру горячей деформации изменяли для подбора оптимального режима. Установлено, что при температуре 350 оС в заготовке возникают трещины, что приводит к невозможности дальнейшей деформационной обработки. При температурах деформирования 400 и 450 оС сплав Al – 6 % Cu — 2 % B показал одинаково хорошую технологичность. Дальнейшее деформирование полуфабриката позволило получить тонколистовой прокат толщиной 0,28–0,30 мм. В структуре проката равномерно распределенные скопления боридной фазы формируют характерную строчечную структуру с размером частиц менее 20 мкм. Для достижения высокого уровня механических свойств исследуемого сплава проводили термическую обработку, включающую закалку и последующее старение. Температуру старения изменяли для определения оптимальной, обеспечивающей получение наибольшего уровня прочностных свойств. После закалки с температуры 540 оС (выдержка 1 ч с последующим охлаждение в воде) и старения при 180 оС (3 ч) предел прочности тонколистового проката составил (430±14) МПа при относительном удлинении (8±3) %. Анализ фрактограмм разрывных образцов выявил преимущественно вязкий характер разрушения.
Статья подготовлена в рамках Соглашения № 14.578.21.0004 (уникальный идентификатор проекта RFMEFI57814X0004) о предоставлении субсидии Минобрнауки России в рамках реализации ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы».
1. Гладковский С. В., Трунина Т. А., Коковихин Е. А., Смирнова С. В., Каманцев И. С. Структура и свойства боралюминиевых композитов, полученных горячей прокаткой // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13, № 1 (2). С. 361–364.
2. Yazdani A., Salahinejad E. Evolution of reinforcement distribution in Al – B4C composites during accumulative roll bonding // Mater. Des. 2011. Vol. 32. P. 3137–3142.
3. Yue XinYan, Wang JianJun, Yu ShangYong, Wang Wei, Ru HongQiang. Microstructure and mechanical properties of a three-layer B4C/Al – B4C/TiB2 – B4C composite // Materials & Design. 2013. Vol. 46. P. 285–290.
4. Ibrahim M. F., Ammar H. R., Samuel A. M., Soliman M. S., Samuel F. H. On the impact toughness of Al–15 vol.% B4C metal matrix composites // Composites Part B Engineering. 2015. Vol. 79. P. 83–94.
5. Pat. 5531425 US. Apparatus for continuously preparing castable metal matrix composite material / M. D. Skibo, D. M. Schuster, R. S. Bruski : Alcan Aluminum Corporation ; fil. 07.02.1994 ; iss. 02.07.1996.
6. Pat. 6602314 US. Aluminum composite material having neutron-absorbing ability / Y. Sakaguchi, T. Saida, K. Murakami, K. Shibue, N. Tokizane, T. Takahashi : Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. ; fil. 27.07.2000 ; iss. 05.08.2003.
7. Самошина М. Е., Белов Н. А., Алабин А. Н., Червякова К. Ю. Структура и механические свойства листового проката из сплава Al – 3 % B, полученного жидкофазным методом // Цветные металлы. 2015. № 10. С. 19–24. DOI: 10.17580/tsm.2015.10.03
8. Ömer Savaş, Ramazan Kayikci. Production and wear properties of metal matrix composites reinforced with boride particles // Materials & Design. 2013. Vol. 51. P. 641–647.
9. Baradeswaran A., Elaya A. Perumal, Influence of B4C on the tribological and mechanical properties of Al 7075–B4C composites // Composites Part B Engineering. 2013. Vol. 54. P. 146–152.
10. Lai J., Zhang Z., Chen X.-G. The thermal stability of mechanical properties of Al – B4C composites alloyed with Sc and Zr at elevated temperatures // Materials Science and Engineering. 2012. No. 532. P. 462–470.
11. Белов Н. А., Самошина М. Е., Алабин А. Н., Червякова К. Ю. Влияние меди и магния на структуру и фазовый состав слитков боралюминия. Металлы. 2016. № 1. C. 86–92.
12. ГОСТ 11069–2001. Алюминий первичный. Марки. — Введ. 2003–01–01.
13. ГОСТ 859–78. Медь. Марки. — Введ. 1979–01–01.
14. Курбаткина Е. И., Белов Н. А., Алабин А. Н., Сидун И. А. Особенности плавки и литья борсодержащих алюмоматричных композитов на основе сплавов 6ххх серии // Цветные металлы. 2015. № 1. С. 85–90.
15. Даниленко В. Н., Миронов С. Ю., Беляков А. Н., Жиляев А. П. Применение EBSD анализа в физическом материаловедении (обзор) // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78, № 2. С. 28–46.
16. ГОСТ 2999–75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. — Введ. 1976–07–01.
17. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 1986–01–01.
18. ГОСТ 11701–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение тонких листов и лент. — Введ. 1986–01–01.
19. Белов Н. А. Фазовый состав промышленных и перспективных алюминиевых сплавов. — М. : МИСиС, 2010. — 511 с.
20. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства сплавов : пер. с англ. — М. : Металлургия, 1979. — 640 с.