20.06.2024

  Железосодержащие алюмоматричные ко...

Железосодержащие алюмоматричные композиты, полученные методом фрикционной перемешивающей обработки

Коллектив ученых лаборатории структурного дизайна перспективных материалов, лаборатории локальной металлургии в аддитивных технологиях, лаборатории контроля качества материалов и конструкций и лаборатории физики упрочнения поверхности ИФПМ СО РАН провел исследования структурных особенностей, механических и трибологических свойств алюмоматричного композита с добавкой порошка железа в разных пропорциях (5, 10 и 15 об.% Fe) изготовленного в процессе многопроходной фрикционной перемешивающей обработки (ФПО).

Фрикционная обработка уже давно закрепилась как один из способов упрочнения материала за счет измельчения структуры материала за счет интенсивной пластической деформации материала в зоне перемешивания, добавление же упрочняющих компонентов в виде порошков является следующим этапом в развитии ФПО. Экспериментально установлены параметры обработки для формирования бездефектных композитов алюминиево-магниевого сплава с добавлением 5, 10 и 15 об. % порошка железа. С помощью двухмерной компьютерной томографии показано, что наиболее неоднородная структура в зоне перемешивания получена после первого и второго проходов обработки, связано это с агломерированием порошка в крупные кластеры с отступающей стороны. К третьему и четвёртому проходам крупные агломераты измельчаются и равномерно распределяются в объеме материала. Исследование микроструктуры образцов методом просвечивающей электронной микроскопии показывает наличие железосодержащих частиц, имеющих сложную структуру, где содержание железа уменьшается от центра к алюминиевой матрице. При этом образуются такие интерметаллиды как Al3Fe, Al13Fe4, Al6Fe и AlFe3.

Механические свойства полученных композитов значительно зависят от количества проходов обработки, так как после первых проходах в объеме материала присутствуют крупные агломераты порошка, выступающие в качестве макродефектов структуры. При достижении однородной структуры после четвертого прохода обработки в композитах наблюдается рост как твердости материала, так и прочности, при этом снижается пластичность. Увеличение количества добавляемого порошка в объем материала повышает его механические свойства, но при этом понижает пластичность.

Исследования данных композитов в процессе сухого трения скольжения показали, что пластическая деформация в подповерхностных слоях более выражена в композитах с 5 об.% железа с образованием механически перемешанных слоев из окисленной алюминиевой матрицы и фрагментированных железосодержащих частиц. Данные механически перемешанные слои подвергаются адгезионному изнашиванию. Такой же тип износа характерен и для композитов с обемной долей железа 10%. Композиты с содержанием 15 об.% менее подвержены пластической деформации благодаря наличию большей доли железосодержащих частиц. Это приводит к тому, что изношенная поверхность характеризуется канавками, что говорит об абразивном механизме износа.

zykova_20_06_24_3.png

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW-2024-0001. Результаты исследования опубликованы в журнале Metallography, Microstructure, and Analysis (Q2).

Knyazhev E., Nikolaeva A., Chumaevskii A., Cheremnov A., Zykova A., Gurianov D., Utyaganova V., Moskvichev E., Savchenko N., Tarasov S. Iron-Added Aluminum Matrix Composites Prepared by Friction Stir Processing: Structure, Mechanical and Tribological Properties // Metallography, Microstructure, and Analysis. – 2024. – http://doi.org/10.1007/s13632-024-01085-y


Назад