Модифікація структури та властивостей поверхні доевтектичного силуміну інтенсивними імпульсними електронними пучкам

Ю. Ф. Іванов$^{1,2}$, В. Є. Громов$^{3}$, С. В. Коновалов$^{4}$, Д. В. Загуляєв$^{3}$, Є. А. Петрікова$^{1}$, А. П. Семін$^{1}$

$^1$Інститут сильноточної електроніки СВ РАН, просп. Академічний, 2/3, 634055, Томськ, РФ
$^2$Національний дослідницький Томський політехнічний університет, просп. Академічний, 2/3, 634055, Томськ, РФ
$^3$Сибірський державний індустріальний університет, вул. Кірова, 42, 654007 Новокузнецьк, РФ
$^4$Самарський національный дослідницький університет імені академіка С. П. Корольова, Московське шоссе, 34, Самара, РФ

Отримана: 13.06.2018; остаточний варіант - 27.06.2018. Завантажити: PDF

Методами сучасного фізичного матеріялознавства виконано аналізу структурно-фазових станів, трибологічних і механічних властивостей доевтектичного силуміну, що піддається електронно-пучковому обробленню (ЕПО) за наступних параметрів пучка: густина енергії — 10–35 Дж/см$^{2}$, тривалість імпульсу — 10 мкс, кількість імпульсів — 3, частота проходження — 0,3 Гц. У початковому стані структуру силуміну сформовано зернами твердого розчину на основі алюмінію, зернами евтектики, включеннями кремнію й інтерметалідів різної форми та розмірів. ЕПО з густиною енергії у 20–35 Дж/см$^{2}$ приводить до топлення поверхневого шару, розчинення включень кремнію й інтерметалідів, формування структури високошвидкісної коміркової кристалізації, повторного виділення частинок другої фази субмікронанорозмірного діяпазону. Середній розмір осередків кристалізації — 0,3–0,5 мкм у поверхні опромінення та 0,4–0,8 мкм на нижній межі шару з комірчастою структурою. Виконано аналізу ґрадієнтних структурно-фазових станів на глибині до 120 мкм. В шарі, розташованому на глибині понад 15 мкм, виявлено формування субмікронних зерен пластинчастої евтектики. Поперечні розміри пластин евтектики змінюються в межах від 25 нм до 50 нм. Показано, що нанотвердість опроміненого силуміну змінюється немонотонним чином, сягаючи максимального значення, що перевищує твердість вихідного стану приблизно в 4 рази на глибині близько 30 мкм. В шарі, прилеглому до поверхні опромінення (тобто розташованому на глибині близько 5 мкм), величина твердости перевищує твердість литого силуміну приблизно в 1,6 рази. Надано фізичну інтерпретацію спостережуваних змін структури та властивостей при опроміненні.

Ключові слова: доевтектичний силумін, електронні пучки, комірки високошвидкісної кристалізації, евтектика, інтерметаліди, нанотвердість.

PACS: 06.60.Vz, 61.80.Fe, 62.20.Qp, 68.37.Lp, 81.40.Pq, 81.40.Wx, 81.65.Lp, 82.80.Ej, 83.50.Uv

Citation: Yu. F. Ivanov, V. Е. Gromov, S. V. Konovalov, D. V. Zagulyaev, Е. А. Petrikova, and А. P. Semin, Modification of Structure and Surface Properties of Hypoeutectic Silumin by Intense Pulse Electron Beams, Usp. Fiz. Met., 19, No. 2: 195—222 (2018), doi: 10.15407/ufm.19.02.195


Цитована література (28)  
  1. L. F. Mondolfo, Aluminium Alloys: Structure and Properties (London: Butterworth-Heinemann: 1976). Crossref
  2. N. A. Belov, Fazovyy Sostav Promyshlennykh i Perspektivnykh Alyuminievykh Splavov [Phase Composition of Industrial and Prospective Aluminium Alloys] (Moscow: MISiS: 2010) (in Russian).
  3. A. V. Kurdyumov, Proizvodstvo Otlivok iz Splavov Tsvetnykh Metallov: Uchebnik dlya VUZov [Manufacturing of Casts from Nonferrous Metal Alloys: Textbook for Higher Educational Institutions] (Moscow: Metallurgiya: 1986) (in Russian).
  4. V. E. Gromov, K. V. Aksyonova, S. V. Konovalov, and Yu. F. Ivanov, Usp. Fiz. Met., 16, No. 4: 265 (2015) (in Russian). Crossref
  5. V. E. Gromov, K. V. Sosnin, Yu. F. Ivanov, and O. A. Semina, Usp. Fiz. Met., 16, No. 3: 175 (2015) (in Russian). Crossref
  6. M. M. Makhloufе and H. V. Guthy, J. Light Metals, 1, No. 4: 199 (2001). Crossref
  7. V. Paramo, R. Colas, E. Velasco, and S. Valtierra, J. Mater. Engineer. Perform., 9, No. 6: 616 (2000). Crossref
  8. I. F. Kolobnev, V. V. Krymov, and A. V. Melnikov, Spravochnik Liteyshchika. Tsvetnoe Litye iz Legkikh Splavov [Reference Book for a Caster. Nonferrous Casting of Light Alloys] (2nd edition) (Moscow: Mashinostroenie: 1974) (in Russian).
  9. S. M. Petrov, Povyshenie Kachestva Vtorichnykh Liteinykh Alyuminievykh Splavov [Quality Improvement of the Secondary Casting Aluminium Alloys] (Leningrad: LDNTP: 1988) (in Russian).
  10. V. V. Uglov, Strukturno-Fazovyye Prevrashcheniya v Alyuminii, Zheleze i Ego Splavakh pri Kombinirovannykh Ionnykh i Plazmennykh Vozdeistviyakh [Structure-Phase Transformations in Aluminium, Iron and Its Alloys under Combined Iion and Plasma Influence] (Thesis of Disser. for Dr. Phys.-Math. Sci.) (Minsk: Belarus State University: 2006) (in Russian).
  11. V. L. Yakushin, Russian Metallurgy (Metally), 2005, No. 2: 104 (2005).
  12. E. A. Petrikova, A. P. Laskovnev, and Yu. F. Ivanov, Modifikatsiya Struktury i Svoistv Ehvtekticheskogo Silumina Ehlektronno-Ionno-Plazmennoy Obrabotkoy [Modification of Structure and Properties of Eutectic Silumin by Electron-Ion-Plasma Treatment] (Minsk: Navuka: 2013) (in Russian).
  13. V. Rotshtein, Yu. Ivanov, and A. Markov, Materials Surface Processing by Directed Energy Techniques (Ed. Y. Pauleau) (Amsterdam: Elsevier Science: 2006), Ch. 6, pp. 205–240. Crossref
  14. Ehvolutsiya Struktury Poverkhnostnogo Sloya Stali, Podvergnutoy Ehlektronno-Ionno-Plazmennym Metodam Obrabotki [Evolution of Structure in the Surface Layer of Steel Processed by Electron-Ion-Plasma Method of Treatment] (Eds. N. N. Koval and Yu. F. Ivanov) (Tomsk: Publishing House of NTL: 2016) (in Russian).
  15. Yu. F. Ivanov, E. A. Petrikova, A. D. Teresov, and P. Moskvin, Adv. Mater. Res., 872: 157 (2014). Crossref
  16. Y. Hao, B. Gao, G. F. Tu, H. Cao, S. Z. Hao, and C. Dong, Appl. Surf. Sci., 258, No. 6: 2052 (2012). Crossref
  17. B. Gao, S. Z. Hao, J. X. Zou, L. M. Jiang, J. Y. Zhou, and C. Dong, Trans. Mater. Heat Treatment, No. 5: 1029 (2004).
  18. B. Gao, Y. Hao, W. F. Zhuang, G. F. Tu, W. X. Shi, S. W. Li, S. Z. Hao, C. Dong, and M. C. Li, Phys. Proc., 18: 187 (2011). Crossref
  19. Y. Hao, B. Gao, G. F. Tu, S. W. Li, and C. Dong, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B, 269, No. 13: 1499 (2011). Crossref
  20. Y. Hao, B. Gao, G. F. Tu, S. W. Li, S. Z. Hao, and C. Dong, Appl. Surf. Sci., 257, No. 9: 3913 (2011). Crossref
  21. Y. Hao, B. Gao, G. F. Tu, S. W. Li, S. Z. Hao, and C. Dong, Trans. Mater. Heat Treatment, No. 9: 115 (2010).
  22. Y. Hao, B. Gao, G. F. Tu, Z. Wang, and C. Z. Hao, Mater. Sci. Forum., 675–677: 693 (2011). Crossref
  23. J. An, X. X. Shen, Y. Lu, Y. B. Liu, R. G. Li, C. M. Chen, and M. J. Zhang, Surf. Coat. Technol., 200, Nos. 18–19: 5590 (2006). Crossref
  24. J. An, X. X. Shen, and Y. Lu, Wear, 261, No. 2: 208 (2006).
  25. S. Hao, S. Yao, J. Guan, A. Wu, P. Zhong, and C. Dong, Curr. Appl. Phys., 1, Nos. 2–3: 203 (2001). Crossref
  26. T. Grosdidier, J. X. Zou, N. Stein, C. Boulanger, S. Z. Hao, and C. Dong, Scripta Materialia, 58, No. 12: 1058 (2008). Crossref
  27. Yu. F. Ivanov, Struktura i Svoistva Perspektivnykh Metallicheskikh Materialov [Structure and Properties of Prospective Metallic Materials] (Ed. A. I. Potekaev) (Tomsk: Publishing House of NTL: 2007) (in Russian).
  28. A. P. Babichev, Fizicheskie Velichiny: Spravochnik [Physical Values: Handbook] (Eds. I. S. Grigoriev, E. S. Meilikhov) (Moscow: Energoatomizdat: 1991) (in Russian).