Влияние параметров обработки расплава наносекундными электромагнитными импульсами на формирование структуры литых алюмоматричных композитов

   Работа направлена на установление влияния наносекундных электромагнитных импульсов (НЭМИ) с различной амплитудой на формирование структуры литых алюмоматричных композитов псевдобинарной системы Al–Mg₂Si с доэвтектическим (5 мас. % Mg₂Si) и заэвтектическим (15 мас. % Mg₂Si) составами. С повышением амплитуды генератора НЭМИ в композитах с 5 и 15 мас. % Mg₂Si происходит измельчение структурных составляющих матричного сплава (α-твердого раствора и эвтектики), при этом во всем диапазоне опробованных вариантов амплитуды генератора НЭМИ не наблюдали существенных различий в размерах и морфологии первичных кристаллов Mg₂Si в заэвтектической области составов. Предположительно, наблюдаемый характер влияния НЭМИ на структуру композитов в заэвтектической области составов связан с особенностями их кристаллизационного поведения. Температурный диапазон существования двухфазной области L + Mg₂Si значительно ниже температур облучения НЭМИ – по-видимому, в связи с этим НЭМИ не оказывает влияния на термодинамическое состояние границ «первичный кристалл Mg₂Si – расплав». Показано, что перспективным вариантом одновременного модифицирующего воздействия на все структурные составляющие алюмоматричных композитов Al–Mg₂Si (твердый раствор, эвтектика, первичные частицы Mg₂Si) является комбинирование термоскоростной обработки и облучения расплавов НЭМИ, а также дополнительная обработка расплавов НЭМИ в процессе кристаллизации.

1. Mortensen A., Llorca J. Metal matrix composites. Annu. Rev. Mater. Res. 2010. Vol. 40. Iss. 1. P. 243—270. DOI: 10.1146/annurev-matsci-070909-104511.

2. Rohatgi P. K., Ajay Kumar P., Chelliah N. M., Rajan T. P. D. Solidification processing of cast metal matrix composites over the last 50 years and opportunities for the future. JOM. 2020. Vol. 72. No. 8. P. 2912—2926. DOI: 10.1007/s11837-020-04253-x.

3. Mavhungu S. T., Akinlabi E. T., Onitiri M. A., Varachia F. M. Aluminum matrix composites for industrial use: Advances and trends. Procedia Manuf. 2017. Vol. 7. P. 178—182. DOI: 10.1016/j.promfg.2016.12.045.

4. Georgatis E., Lekatou A., Karantzalis A. E., Petropoulos H., Katsamakis S., Poulia A. Development of a cast Al—Mg₂Si—Si in situ composite: Microstructure, heat treatment, and mechanical properties. J. Mater. Eng. Perform. 2013. Vol. 22. P. 729—741.

5. Moharami A., Razaghian A., Babaei B. Role of Mg₂ Si particles on mechanical, wear, and corrosion behaviors of friction stir welding of AA6061-T6 and Al—Mg 2 Si composite. DOI: 10.1177/0021998320925528.

6. Liu Z., Xie M., Liu X. M. Microstructure and properties of insitu Al—Si—Mg₂ Si composite prepared by melt superheating. Appl. Mech. Mater. 2011. Vol. 52. P. 750—754. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.52-54.750.

7. Nordin N. A., Farahany S., Ourdjini A., Abu Bakar T. A., Hamzah E. Refinement of Mg₂ Si reinforcement in a commercial Al—20%Mg₂Si insitu composite with bismuth, antimony and strontium. Mater. Charact. 2013. Vol. 86. P. 97—107.

8. Si Y., Kevluzov D. S. Research on the long-lasting and remelting properties of Nd modification effect on cast Al—Mg₂ Si metal matrix composite. Mater. Sci. Forum. 2020. Vol. 1001. P. 196—201. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.1001.196.

9. Khorshidi R., Honarbakhsh Raouf A., Emamy M., Campbell J. The study of Li on the microstructure and tensile properties of cast Al—Mg 2 Si metal matrix composite. J. Alloys Compd. 2011. Vol. 509. P. 9026—9033.

10. Zhao Y. G., Qin Q. D., Zhou W., Liang Y. H. Microstructure of the Cemodified in situ Mg₂ Si/Al—Si—Cu composite. J. Alloys Compd. 2005. Vol. 389. P. L1—L4.

11. Deev V. B., Prusov E. S., Kutsenko A. I. Theoretical and experimental evaluation of the effectiveness of aluminum melt treatment by physical methods. Metall. Ital. 2018. No. 2. P. 16—24.

12. Konovalov S. V., Danilov V. I., Zuev L. B., Filip’ev R. A., Gromov V. E. On the influence of the electrical potential on the creep rate of aluminum. Phys. Solid State. 2007. Vol. 49 (8). P. 1457—1459. DOI: 10.1134/S1063783407080094.

13. Aryshenskii E., Hirsch J., Yashin V., Konovalov S., Kawalla R. Influence of local inhomogeneity of thermomechanical treatment conditions on microstructure evolution in aluminum alloys. J. Mater. Eng. Perform. 2018. Vol. 27 (12). P. 6780—6799. DOI: 10.1007/s11665-018-3733-8.

14. Nordin N. A., Abubakar T., Hamzeh E., Farahany S., Ourdjini A. Effect of superheating melt treatment on Mg₂Si particulate reinforcement in Al—Mg₂Si—Cu in situ composite. Procedia Eng. 2017. Vol. 184. P. 595—603.

15. Zhang J. T., Zhao Y. G., Xu X. F., Liu X. B. Effect of ultrasonic on morphology of primary Mg₂Si in insitu Mg₂Si/Al composite. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2013. Vol. 23. P. 2852—2856.

16. Деев В. Б. Модифицирование литейных алюминиевых сплавов системы Al—Mg—Si обработкой жидкой фазы наносекундными электромагнитными импульсами / В. Б. Деев [и др.] // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2021. – Т. 27. – No. 4. – С. 32—41 / Deev V. B., Ri E. H., Prusov E. S., Ermakov M. A., Goncharov A. V. Grain refinement of casting aluminum alloys of the Al—Mg—Si system by processing the liquid phase using nanosecond electromagnetic pulses. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2021. Vol. 62. No. 5. P. 522—530.

17. Li J., An Q., Wu S., Li F., Lü S., Guo W. Relationship of Mg₂ Si morphology with Mg₂Si content and its effect on properties of in-situ Mg₂Si/Al—Cu composites. J. Alloy Compd. 2019. Vol. 808. Paper 151771.

18. Li C., Wu Y. Y., Li H., Liu X. F. Morphological evolution and growth mechanism of primary Mg₂Si phase in Al—Mg₂Si alloys. Acta Mater. 2011. Vol. 59. P. 1058—1067. DOI: 10.1016/j.actamat.2010.10.036.

19. Li C., Wang C., Ju H., Xue X., Zha M., Wang H. Prediction of modified morphology for primary Mg₂ Si induced by trace-element adsorption: A first-principles study. Materialia. 2020. Vol. 14. Paper 100875. DOI: 10.1016/j.mtla.2020.100875.

20. Bhandari R., Mallik M., Mondal M. K. Microstructure evolution and mechanical properties of in situ hypereutectic Al—Mg₂Si composites. AIP Conf. Proc. 2019. Vol. 2162. Paper 020145. DOI: 10.1063/1.5130355.

21. Deev V., Ri E., Prusov E. Effect of aluminum melt treatment by nanosecond electromagnetic pulses on structure and properties of castings. In: Proc. 73-rd World foundry congress «Creative Foundry» (WFC 2018) (Polish Foundrymen’s Association). 2018. P. 155—156.

22. Krymsky V., Shaburova N. Applying of pulsed electromagnetic processing of melts in laboratory and industrial conditions. Materials. 2018. Vol. 11. No. 6. Paper 954.

23. Ri E. K., Hosen R., Ermakov M. A., Knyazev G. A., Dzhou B. L.,Ri V. E. Solidification of low-silicon iron under the action of nanosecond electromagnetic pulses. Steel Trans. 2013. Vol. 43. No. 8. P. 471—473.

24. Krymsky V. V., Shaburova N. A., Litvinova E. V. Microstructure and properties of cast metal treated with electromagnetic pulses while in molten state. Mater. Sci. Forum. 2016. Vol. 843. P. 106—110.

25. Deev V., Prusov E., Rakhuba E. Physical methods of melt processing at production of aluminum alloys and composites: Opportunities and prospects of application. Mater. Sci. Forum. 2019. Vol. 946. P. 655—660. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.946.655.