Формирование структуры и фазового состава литых алюмоматричных композитов при многократных переплавах
https://doi.org/10.17073/0022-3438-2021-5-46-54
Аннотация
Недостаточное понимание характера межфазного взаимодействия армирующих частиц с матричным сплавом при многократных переплавах литых композиционных материалов является одной из проблем, ограничивающих увеличение объемов их промышленного применения. Настоящая работа направлена на установление влияния многократных переплавов алюмоматричных композитов AK12 + 10 об.% SiC на сохранение и химическую стабильность армирующих частиц карбида кремния. Показано, что увеличение количества итераций переплава не сопровождается появлением новых фаз на границах раздела частиц с матрицей, что свидетельствует о стабильности армирующей фазы SiC в алюминиево-кремниевых расплавах при рассмотренных температурно-временных и концентрационных условиях. При повторных переплавах алюмоматричных композитов с карбидом кремния происходит смещение степени равномерности распределения частиц в сторону более однородного распределения (в среднем 0,81046 на первой итерации переплава, 0,6901 – на второй и 0,5609 – на третьей) и некоторое уменьшение их средних размеров (с 70,74 мкм на первой итерации до 65,76 мкм – на второй и 61,21 мкм – на третьей), по-видимому, за счет фрагментации частиц, приводящей к росту количества более мелкой фракции. При этом доля площади, занимаемой частицами на рассматриваемых участках шлифа, остается практически неизменной (10,9293, 10,9607 и 11,6483 % соответственно на 1-й, 2-й и 3-й итерациях переплава). В ходе повторных переплавов алюмоматричных композитов системы Al–SiC происходят процессы перераспределения армирующих частиц, приводящие к разрушению агломератов даже в отсутствие интенсивного перемешивания импеллером. За счет этого равномерность распределения частиц в структуре слитков вторичных алюмоматричных композитов может быть существенно улучшена.
Ключевые слова
литые алюмоматричные композиты,
отходы производства,
рециклинг,
металлургическая переработка,
структура и фазовый состав
При поддержке: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-79-10432, https://rscf.ru/project/21-79-10432/. Исследования проводились с использованием оборудования межрегионального многопрофильного и междисциплинарного Центра коллективного пользования перспективных и конкурентоспособных технологий по направлениям развития и применения в промышленности/машиностроении отечественных достижений в области нанотехнологий (соглашение № 075-15-2021-692 от 5 августа 2021 г).
Об авторах
Е. С. Прусов
Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых
Россия
Россия
Прусов Е.С. – канд. техн. наук, доцент кафедры «Технологии функциональных и конструкционных материалов»
600000, г. Владимир, ул. Горького, 87
В. Б. Деев
Уханьский текстильный университет; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Россия
Деев В.Б. – докт. техн. наук, проф. факультета машиностроения и автоматизации; гл. науч. сотр. лаборатории; профессор кафедры «Обработка металлов давлением»
Textile Road, 1, Hongshan District, Wuhan, 430073;
119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
А. В. Аборкин
Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых
Россия
Россия
Аборкин А.В. – канд. техн. наук, доцент кафедры «Технология машиностроения»
600000, г. Владимир, ул. Горького, 87
А. А. Панфилов
Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых
Россия
Россия
Панфилов А.А. – канд. техн. наук, проректор по образ. деятельности
600000, г. Владимир, ул. Горького, 87
А. В. Киреев
Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых
Россия
Россия
Киреев А.В. – зав. лабораториями кафедры «Технологии функциональных и конструкционных материалов»
600000, г. Владимир, ул. Горького, 87
Список литературы
1. 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.
2. Sharma A.K., Bhandari R., Aherwar A., Rimašauskienė R., Pinca-Bretotean C. A study of advancement in application opportunities of aluminum metal matrix composites. Mater. Today: Proc. 2020. Vol. 26. Pt. 2. P. 2419—2424.
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. Samal P., Vundavilli P.R., Meher A., Mahapatra M.M. Recent progress in aluminum metal matrix composites: A review on processing, mechanical and wear properties. J. Manuf. Process. 2020. Vol. 59. P. 131—152. DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.09.010.
5. Kala H., Mer K.K.S., Kumar S. A review on mechanical and tribological behaviors of stir cast aluminum matrix composites. Proc. Mat. Sci. 2014. Vol. 6. P. 1951—1960.
6. Reddy Sunil Kumar K., Kannan M., Karthikeyan R., Prashanth S., Rohith Reddy B. A review on mechanical and thermal properties of aluminum metal matrix composites. E3S Web Conf. 2020. Vol. 184. Article No. 01033.
7. Koli D.K., Agnihotri G., Purohit R. Advanced aluminium matrix composites: The critical need of automotive and aerospace engineering fields. Mater. Today: Proc. 2015. Vol. 2. Iss. 4—5. P. 3032—3041.
8. Surappa M.K. Aluminium matrix composites: challenges and opportunities. Sadhana. 2003. Vol. 28, Iss. 1—2. P. 319—334.
9. Midling O.T., Grong O. Processing and properties of particle reinforced Al—SiC MMCs. Key Eng. Mater. 1995. Vol. 104—107 (Pt. 1). P. 329—354.
10. Soltani S., Azari Khosroshahi R., Taherzadeh Mousavian R., Jiang Z., Fadavi Boostani A., Brabazon D. Stir casting process for manufacture of Al—SiC composites. Rare Metals. 2017. Vol. 36. Iss. 7. P. 581—590.
11. Hashim J., Looney L., Hashmi M.S.J. The enhancement of wettability of SiC particles in cast aluminium matrix composites. J. Mater. Process. Technol. 2001. Vol. 119. Iss. 1—3. P. 329—335.
12. Cong X.-S., Shen P., Wang Y., Jiang Q. Wetting of polycrystalline SiC by molten Al and Al—Si alloys. Appl. Surf. Sci. 2014. Vol. 317. P. 140—146.
13. An Q., Cong X.-S., Shen P., Jiang Q.-C. Roles of alloying elements in wetting of SiC by Al. J. Alloys Compd. 2019. Vol. 784. P. 1212—1220.
14. Yang Y., Li S., Liang Y., Li B. Effect of temperature on wetting kinetics in Al/SiC system: A molecular dynamic investigation. Compos. Interfaces. 2020. Vol. 27. Iss. 6. P. 587—600.
15. Sijo M.T., Jayadevan K.R. Analysis of stir cast aluminium silicon carbide metal matrix composite: A comprehensive review. Proc. Technol. 2016. Vol. 24. P. 379—385. DOI: 10.1016/j.protcy.2016.05.052.
16. Carotenuto G., Gallo A., Nicolais L. Degradation of SiC particles in aluminium-based composites. J. Mater. Sci. 1994. Vol. 29. Iss. 19. P. 4967—4974.
17. Sijo M.T., Jayadevan K.R. Characterization of stir castaluminium silicon carbide metal matrix composite. Mater. Today: Proc. 2018. Vol. 5. Iss. 11. Pt. 3. P. 23844—23852.
18. Prabu S.B., Karunamoorthy L., Kathiresan S., Mohan B. Influence of stirring speed and stirring time on distribution of particles in cast metal matrix composite. J. Mater. Process. Technol. 2006. Vol. 171. Iss. 2. P. 268—273.
19. Prusov E., Panfilov A. Influence of repeated remeltings on formation of structure of castings from aluminum matrix composite alloys. In: METAL 2013: Proc. 22nd Intern. Conf. on metallurgy and materials. 2013. P. 1152—1156.
20. Шабалдин И.В., Прусов Е.С. Программа для математической оценки степени равномерности распределения армирующих частиц в структуре композиционных материалов. Св-во о регистрации программы для ЭВМ No. 2021619286 (РФ). 2021.
21. Deng X., Chawla N. Modeling the effect of particle clustering on the mechanical behavior of SiC particle reinforced Al matrix composites. J. Mater. Sci. 2006. Vol. 41. P. 5731—5734.
22. Hashim J., Looney L., Hashmi M.S.J. Particle distribution in cast metal matrix composites — Part I. J. Mater. Process. Technol. 2002. Vol. 123. Iss. 2. P. 251—257.
23. Yang Z., Pan L., Han J., Li Z., Wang J., Li X., Li W. Experimental and simulation research on the influence of stirring parameters on the distribution of particles in cast SiCp/A356 composites. J. Eng. 2017. Vol. 2017. Article ID 9413060. P. 1—11. DOI: 10.1155/2017/9413060.
24. Lee J.-C., Byun J.-Y., Park S.-B., Lee H.-I. Prediction of Si contents to suppress the interfacial reaction in the SiCp/2014 Al composite. Acta Mater. 1998. Vol. 46. P. 2635—2643.
25. Lloyd D.J. The solidification microstructure of particulate reinforced aluminium/SiC composites. Compos. Sci. Technol. 1989. Vol. 35. Iss. 2, P. 159—179.
Рецензия
Для цитирования:
Прусов Е.С., Деев В.Б., Аборкин А.В., Панфилов А.А., Киреев А.В. Формирование структуры и фазового состава литых алюмоматричных композитов при многократных переплавах. Известия вузов. Цветная металлургия. 2022;(5):46-54. https://doi.org/10.17073/0022-3438-2021-5-46-54
For citation:
Prusov E.S., Deev V.B., Aborkin A.V., Panfilov A.A., Kireev A.V. Structure and phase composition formation of cast aluminum matrix composites during multiple remelting. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2022;(5):46-54. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0022-3438-2021-5-46-54
Просмотров:
286
Послать статью по эл. почте 