Вплив параметрів мікроструктури литого композиційного матеріалу системи [Al – FeCr], отриманого у «порожнині» ливарної форми за ЛГМ-процесом, на його механічні характеристики
DOI:
https://doi.org/10.15407/steelcast2023.02.051Ключові слова:
Al-матриця, FeCr, композитний виливок, композиційне зміцнення, ЛГМ-процес, ЛКМ системи [Al – FeCr], σ-фаза, армування, дисперсно-наповнена газмодель, інтерметалідна армуюча фаза, металографічний аналіз, механічні випробування, механічні властивості, мікроструктураАнотація
Авторами проведено глибокий аналіз вітчизняних та зарубіжних літературних даних, а також сформульовано й поставлено ними мету цієї науково-дослідної роботи (НДР). Шляхом інокулювання ливарного Al-сплаву марки АК12 ДСТУ 2839:1994 дисперсним інтерметалідом FeCr у “порожнині” ливарної форми (ЛФ) при литті за моделями, що газифікуються, (за ЛГМ-процесом) одержали зразки нульмірного литого композиційного матеріалу (ЛКМ) системи [Al – FeCr]. За допомогою металографічного аналізу (МГА) було доведено, що параметри мікроструктури (питома кількість включень σ-фази та її дисперсність) залежать один від одного. Результати механічних випробувань досліджуваного матеріалу показали, що на механічні характеристики (тимчасовий опір розриву, відносне видовження і твердість за шкалою Брінелля) впливають не лише висота композитного виливка, що було доведено раніше, а й параметри його мікроструктури. Із застосуванням МГА та в результаті механічних випробувань зразків нульмірного ЛКМ системи [Al – FeCr] було експериментально доведено, що зниження середньої дисперсності включень σ-фази від 26,6 мкм до 57,1 мкм призводить до того, що тимчасовий опір розриву й відносне видовження досліджуваного композиту зменшуються від 135 МПА й 2,5 % до 60 МПА й 0,5 %, відповідно. Разом із цим, підвищення твердості зразків нульмірного ЛКМ системи [Al – FeCr] від 6,923×10-1 ГПа до 7,885×10-1 ГПа за шкалою Брінелля є наслідком того, що середня дисперсність включень σ-фази в структурі досліджуваного композиту знижується від 26,6 мкм до 57,1 мкм. Результати проведених досліджень дозволили також з’ясувати, що збільшення питомої кількості включень σ-фази від 63 мм-2 до 263 мм-2 є причиною зростання тимчасового опору розриву та відносного видовження нульмірного ЛКМ системи [Al – FeCr] від 60 МПа та 0,5 % до 135 МПа та 2,5 %, відповідно. Проте, твердість композитного виливка, яка була визначена за шкалою Брінелля, і за умови, що питома кількість включень σ-фази в структурі нульмірного ЛКМ системи [Al – FeCr] знаходиться у діапазоні, наведеному вище, в результаті знижується від 7,885×10-1 ГПа до 6,923×101 ГПа.
Посилання
Chang, W.S., Muddle, B.C. (1997). Trialuminide intermetallic alloys for elevated temperature applications — overview. Metals and Materials, vol. 3, iss. 1, pp. 1-15, doi: https://doi.org/10.1007/BF03026100
Nebozhak, I.A., Derev’yanko, O.V. (2021). Structure of the cast composite material for [Al – FeCr], obtained by application of dispersonally filled gasifying model. Metal and Casting of Ukraine, vol. 29, no. 1 (324), pp. 70-80, doi: https://doi.org/10.15407/ steelcast2021.01.070 [in Ukrainian].
Galdin, N.M. et al. (1989). Colored casting: Handbook; under total. ed. By N.M. Galdin. Moscow: Mashinostroenie, 528 p. (Foundry technology) [in Russian].
Zatulovsky, A.S. Casting composite materials. URL: http://esu.com.ua/search_articles.php?id=55239 (last accessed:
04.2020) [in Ukrainian].
Shishkina, Yu.O. (2018). Improvement of processes for obtaining alumino-matric composites based on the system Al – TiC by methods of thermal synthesis and hot stamping: thesis ... candidate of technical sciences: 05.16.06. Kyiv: NAS of Ukraine. IPM named after I.M. Frantsevich, 217 p. [in Ukrainian].
Takeshi Kobayashi, Toru Maruyama (2003). Thermal Decomposition Behavior of Expandable Pattern Including Blended Metal or Metal Oxide Powder in Evaporative Pattern Casting Of Al – Si System Alloy. Materials Transactions, vol. 44, no. 11, pp. 2404-2409.
Koval, N.N., Ivanov, Yu.F. (2019). Complex electron-ion-plasma treatment of aluminum surface in a single vacuum cycle. Izvestiya VUZov. Physics, vol. 62, no. 7, pp. 59-68 [in Russian].
Gavrilyuk, V.P., Shinsky, O.I., Tkachuk, I.V., Nebozhak, I.A. (2000). Study of the possibility of obtaining monolithic wearresistant composite castings and two-layer castings with a wear-resistant composite layer by the сasting on gasifiable models. Casting processes, no. 3, pp. 86-91 [in Russian].
Mikhalenkov, K.V. (2002). Redistribution of titanium during the crystallization of aluminum. Casting processes, no. 2, pp. 37-41 [in Russian].
Nebozhak, I.A., Shinsky, O.I., Gavrilyuk, V.P., Panasenko, D.D. (2004). Mechanical properties of isotropic cast composite materials of the [Al – FeCr] system obtained by casting according to gasified models. Casting processes, no. 2, pp. 83-87 [in Russian].
Gzovsky, K.Yu., Byalik, O.M., Golub, L.V., Kulinich, A.A. (2001). Microalloying of aluminum alloys with Al – Ti – C alloy. Foundry. Technologies and Equipment, no. 4, pp. 15-17 [in Russian].
Nebozhak, I.A., Novitskiy, V.G., Shinsky, O.Y., Gavrilyuk, V.P. (2004). Tribotechnical power of AK12 alloy reinforced with dispersed intermetal FeCr. Scientific Technical Journal Metal Science & Treatment of Metals, no. 2, pp. 62-70 [in Ukrainian].
Mikhalenkov, K.V., Chernega, D.F. (2001). Modification of aluminum with titanium, zirconium and AlTiB and AlTiC ligatures. Foundry. Technologies and Equipment, no. 4, pp. 17-20 [in Russian].
Nebozhak, I.A., Nebozhak, Ya.I., Peresenchuk, V.V., Shyns’ky, O.Y. (2021). Experimental batch of castings obtained by dispersion-filled evaporative models. Metal and Casting of Ukraine, vol. 29, no. 4 (327), pp. 78-84, doi: https://doi.org/10.15407/ steelcast2021.04.078 [in Ukrainian].
Zatulovsky, S.S., Kezik, V.Ya., Ivanova, R.K. (1990). Cast composite materials. Kyiv: Tekhnika, 240 p. [in Russian].
Nebozhak, I.A. (2002). Features of the structure formation of iron-carbon and non-ferrous alloys treated with ferroadditives in the “cavity” of the casting mold according to the GAMOLIV-process. Foundry in the new century — how to beat the competition: abstracts International sci.-tech. congress. Kyiv: Editorial Board of the journal “Casting Processes” with the participation of MP “Informlit’e”, pp. 13-14 [in Russian].
Shumikhin, V.S., Shheretskiy, A.A., Lakhnenko, V.L. (2002). Influence of dispersed particles on the structure of the metal matrix of aluminum-based composite materials. Casting processes, no. 2, pp. 33-37 [in Russian].
Nebozhak, I.A. (2004). Effect of reinforcement with dispersed FeCr intermetallic compound implanted in a gasified model on the structure and tribological properties of the AK12 alloy. Foundry: high-quality castings based on efficient technologies: abstracts International sci.-tech. congress. Kyiv: Editorial Board of the journal “Casting Processes” with the participation of MP “Informlit’e”, pp. 86-87 [in Russian].
Belousov, N.N. (1992). Casting with crystallization under pressure of aluminum-based composites. Foundry. Technologies and Equipment, no. 6, pp. 14-16 [in Russian].
Ivan A. Nebozhak, Viktor G. Novytskyy, Oleg I. Shynsky, Vladimir P. Havryliuk (2005). Wear Rate of Aluminum Alloys Reinforced By Means of Dispersed Intermetallic Compound Fe-Cr Under Dry Friction. Proceedings of WTC2005 World Tribology Congress III. Washington, 2005. WTC2005-63062, pp. 1-2.
Kurganova, Yu.A. et al. (2019). Technology of obtaining a promising aluminum-matrix composite material with discrete fibers Al2O3. Technology of metals, no. 10, pp. 22-27 (New materials. Technology of composite materials) [in Russian].
Nebozhak, I.A. (2016). Effect of reinforcement with dispersed FeCr intermetallic compound implanted in a gasified model on the structure and mechanical properties of the AK12 alloy. Casting-2016: abstracts of reports. XII Intern. scientific-practical. conf. Zaporozhye, 2016, pp. 166-168 [in Russian].
Oleksandr I. Raychenko, Oleksandr V. Derev’yanko, Victor P. Popov (2004). Analysis of diffusion from an inclusion in a current-carrying liquid metal. Progress in Computational Fluid Dynamics, vol. 4, no. 2, pp. 92-98, doi: https://doi.org/10.1504/ PCFD.2004.003790.
Nebozhak, I.A., Shinsky, O.Y. (2021). Parameters of the tribostructure of the LCM of the [Al – FeCr] system obtained using the dispersed-filled gas model. Casting. Metallurgy. 2021: materials of the XVII International science and practice conf. (May 18-20, 2021, Zaporizhzhia) / under general ed. Ph.D., prof. O.I. Ponomarenko. Zaporizhzhia: AA Tandem, 2021, pp. 128-130 [in Ukrainian].
Raichenko, A.I. et al. (2003). Activating action of electric current on penetration of melt metal into surface defects of materials of various physical origin. Powder Metallurgy, no. 3-4, pp. 124-128 [in Russian].
Nebozhak, I.A., Shinsky, O.Y. (2021). Parameters of the tribostructure of the LCM of the [Al – FeCr] system obtained using the dispersed-filled gas model. Casting. Metallurgy. 2021: materials of the XVII International science and practice conf. (2021 May 18-20, Zaporizhzhia) under general ed. Ph.D., prof. O.I. Ponomarenko. Zaporizhzhia: AA Tandem, 2021, pp. 131-134 [in Ukrainian].
Shinsky, O.Y., Vyshnyakova, L.P., Plotnikova, V.N., Knyazev, Ye.F. (1993). The method of making models from polystyrene foam / National Academy of Sciences of Ukraine. Institute of Problems casting (Ukraine): pat. 244 Ukraine: MKI3 В22С7/02, В22С3/00. No. 3493216/22-02; statement 15.01.93; published 04/30/93, Bull. No. 1; priority 09/27/82, No. 1079340 A1 (USSR), 1 p. [in Ukrainian].
Pavlov, V.A. (1973). Styrofoam. Moscow: Khimiya, 240 p. [in Russian].
Properties of metal powders. URL: https://elib.lntu.edu.ua/sites/default/files/elib_upload/садова/page13.html (last accessed:
12.2022) [in Ukrainian].
Maslennikov, F.I. (1961). Laboratory workshop on metallurgy. 3-rd ed., revised and added. Moscow: Mashgiz, 268 p. [in Russian].
Antonova, G.V., Vershkov, O.O., Bondarenko, L.Yu., Chaplins’ky, A.P. (2020). Mechanical tests of materials: educational method manual for execution laboratory works. Melitopol: TDATU, part 1, 112 p. [in Ukrainian].
Meakin, J., Petch, N. (1967). Atomic aspects of destruction. Destruction of Solids: Materials of the Intern. conf.: transl. from English. Moscow: Metallurgiya, pp. 198-221 [in Russian].
