ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И НАНОЧАСТИЦ НА МИКРОСТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА

Авторы

  • Хамид Мохаммед Махан Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Технический институт Бакуба https://orcid.org/0000-0002-8421-2996

DOI:

https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-4(46)-98-106

Ключевые слова:

люминиевая матрица, интерметаллические соединения, аночастицы, твердость, микроструктура, процесс литья, титан

Аннотация

Изучены микроструктура и механическиесвойства матричного композита на основе алюминиевого сплава АА2024, армированного наночастицами TiO2. Интерметаллид AlMgCu сформирован в алюминиевой матрице, укрепленной наночастицами TiO2с различными концентрациями (0, 2,5, 5,0 и 7,5 %), полученными с использованием технологии литья с перемешиванием. Процесс литья с перемешиванием сопровождался последующей термообработкой при 500 °C.Затем сплав быстро охлаждали в воде до температуры 25 °C и проводили старение при 185 °C в течение 3 ч. Такая обработка приводит к растворению наночастиц титана в матрице, формируются ультрадисперсные соединения вокруг зерен алюминиевого композита. Согласно полученным результатам соединения Al7Cu2Fe и Al(Cu, Mn, Fe, Si) формируют единую структуру в междендритных областях. Придобавлении до 2,5 % оксида титана количество мелких игольчатых выделений Al –Cu –Mg вблизи междендритных областей увеличивалось, но дальнейшее добавление оксида титана уменьшало их количество в этой зоне. После термообработки с добавкой до 7,5 % оксида титана игольчатые выделения Al –Cu –Mg в междендритных областях исчезали и выпадали во внутренней зоне дендритов. При добавлении TiO2и проведении термообработки непрореагировавшие интерметаллиды и Al3Ti полностью превращались в Al3MgCu. С увеличением содержания TiO2от 5,0 до 7,5 % вместо выделений Al2CuMg в алюминиевой матрице образовывались выделения Al6Mg4Cu.Добавление 5 % оксида титана повышает твердость композита примерно на 33 % по сравнению с образцами без наночастиц оксида титана

Биография автора

Хамид Мохаммед Махан, Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Технический институт Бакуба

аспирант, инженер кафедры машиностроения

Библиографические ссылки

Gnanavelbabu A., Surendran K.T.S., Kumar S. Process optimization and studies on mechanical characteristics of AA2014/Al2O3nanocom-posites fabricated through ultrasonication as-sisted stir–squeeze casting. International Jour-nal of Metal casting. 2022;16(2):759–782. https://doi.org/10.1007/s40962-021-00634-3

Liu F., Zhu X., Ji S. Effects of Ni on the mi-crostructure, hot tear and mechanical properties of Al–Zn–Mg–Cu alloys under as-cast condi-tion. Journal of Alloys and Compounds. 2020; 821:153458. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153458

Aynalem G.F. Processing methods and me-chanical properties of aluminum matrix com-posites. Advances in Materials Science and Engineering. 2020;2020:1–19.https://doi.org/10.1155/2020/3765791

Ramesh R., Roseline V.A., Gowrishankar. Production and characterization of aluminum metal matrix composite reinforced with Al3Ni by stir and squeeze casting. Applied Mechanics and Materials. 2015;766–767:315–319. http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.766-767.315

Op A.R.N., Arul S. Effect of nickel reinforce-ment on micro hardness and wear resistance ofaluminum alloy Al7075. Materials Today: Proceedings.2020; 24:1042–1051.https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.04.418

Krishna M.G., Kumar K.P., Swapna M.N., Rao J.B., Bhargava N.R.M.R. Fabrication, charac-terization and mechanical behavior of A356/copper particulate reinforced metallic composites. Materials Today: Proceedings. 2018;5(2):7685–7691. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.11.444

Mondal D.P., Jha N., Badkul A., Das S., Yadav M.S., Jain P. Effect of calcium addition on the microstructure and compressive deformation behavior of 7178 aluminum alloy. Materials & Design. 2011;32(5):2803–2812. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2010.12.056

Hekmat-Ardakan A., Ajersch F. Effect of iso-thermal ageing on the semi-solid microstruc-ture of reprocessed and partially remelted of A390 alloy with 10% Mg addition. Materials characterization.2010;61(8):778–785.https://doi.org/10.1016/j.matchar.2010.04.012

Махан Х.М., Коновалов С.В., Панченко И.А., Пашкова Д.Д. Исследование свойств и структуры алюмоматричных композитов, армированных частицами TiO2. Ползунов-скийвестник. 2022;4–2:7–13.https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2022.4.2.001

Deevi S.C., Sikka V.K. Nickel and iron alu-minides: an overview on properties, pro-cessing, and applications. Intermetallic. 1996;4(5):357–375.https://doi.org/10.1016/0966-9795(95)00056-9

Vishwanatha A.D., Panda B., Shivanna D.M. Effect of a T6 aging treatment on the corrosion behavior of in-situ AlxNiy reinforced AA6061 composite. Materials Today: Proceedings. 2021;44(6):4112–4117.https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.10.455

Xiao L., Yu H., Qin Y., Liu G., Peng Z., Tu X., Zhao X. The evolution of microstructure and mechanical properties at elevated temperature of cast Al–Li–Cu–Mg alloys with Ni addition.Journal of Materials Research and Technolo-gy. 2020; 9:11069–11079. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.07.098

Han J.Q., Wang J.S., Zang M.-S., Niu K.M. Relationship between amounts of low-melting-point eutectics and hot tearing susceptibility of ternary Al− Cu− Mg alloys during solidifica-tion. Transactions of Nonferrous Metals Socie-ty of China.2020;30(9):2311–2325. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(20)65381-X

Mahan H.M., Konovalov S.V., Osintsev K., Panchenko I. The influence of TiO2nanoparti-cles on the mechanical properties andmicro-structure of AA2024 aluminum alloy. Materi-als and Technology. 2023;57(4):379–384. https://doi.org/10.17222/mit.2023.898

Gxowa-Penxa Z., Daswa P., Modiba R., Math-abathe M.N., Bolokang A.S. Development and characterization of Al–Al3Ni–Sn metal matrix composite. Materials Chemistry and Physics.2021; 259:124027. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.124027

Mahan H.M., Konovalov S.V., Panchenko I. Effect of heat treatment on the mechanical properties of the aluminium alloys AA2024 with nanoparticles. International Journal of Applied Science and Engineering.2023;20(2):2022324. https://doi.org/10.6703/IJASE.202306_20(2).011

Mohamed A.M.A., Samuel F.H., Al kahtani S. Microstructure, tensile properties and fracture behavior of high temperature Al–Si–Mg–Cu cast alloys. Materials Science and Engineer-ing: A.2013;577: 64–72. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.03.084

Mahan H.M., Konovalov S.V., Panchenko I., Al-Obaidi M.A. The effects of titanium dioxide (TiO2) content on the dry sliding behaviour of AA2024 aluminium composite. Journal of Me-chanical Engineering. 2023;20(3):1823–5514. https://doi.org/10.24191/jmeche. v20i3.23910

Wang, Y., Lu, Y., Zhang, S., Zhang, H., Wang, H., Chen, Z. Characterization and strengthen-ing effects of different precipitates in Al-7Si-Mg alloy Journal of Alloys and Compounds. 2021; 885: 161028. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161028

Taylor R.P., McClain S.T., Berry J.T. Uncer-tainty analysis of metal-casting porosty meas-urements using Archimedes’ principle. Inter-nationalJournal of Cast Metals Research. 1999;11(4):247–257. https://doi.org/10.1080/13640461.1999.11819281

Farajollahi R., Aval H.J., Jamaati R. Effects of Ni on the microstructure, mechanical and tribo-logical properties of AA2024-Al3NiCu compo-site fabricated by stir casting process. Journal of Alloys and Compounds. 2021;887:161433.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161433

Mahan H.M., Konovalov S.V., Najm S.M., Mihaela O., Trzepieciński T. Experimental and numerical investigations of the fatigue life of AA2024 aluminum alloy-based nanocomposite reinforced by TiO2nanoparticles under the ef-fect of heat treatment. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing.2023:1-13.https://doi.org/10.1007/s12541-023-00906-4

Загрузки

Опубликован

30.12.2023

Как цитировать

Махан, Х. М. . (2023). ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И НАНОЧАСТИЦ НА МИКРОСТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА. Вестник Сибирского государственного индустриального университета, 1(4), 98–106. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-4(46)-98-106

Выпуск

Раздел

Металлургия и материаловедение