vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2024-4(50)-46-54vsgiu-27Research ArticleРаздел 1. Физика конденсированного состоянияSection 1. Condensed Matter PhysicsИЗМЕНЕНИЕ МИКРОТВЕРДОСТИ И ФАЗОВОГО СОСТАВА СПЛАВА АК15, ПОДВЕРГНУТОГО ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОМУ ЛЕГИРОВАНИЮ И ОБРАБОТКЕ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМCHANGES IN MICROHARDNESS AND PHASE COMPOSITION OF AK15 ALLOY SUBJECTED TO ELECTROEXPLOSIVE ALLOYING AND ELECTRON BEAM PROCESSINGhttps://orcid.org/0000-0001-5677-1427ШляроваЮлия АндреевнаShliarovaYulia A.

научный сотрудник лаборатории электронной микроскопии и обработки изображений

Researcher, Laboratory of Electron Microscopy and Image Processing

vestnicsibgiu@sibsiu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3979-7777СеребряковаАнна АлександровнаSerebryakovaAnna A.

старший преподаватель кафедры транспорта и логистики

Senior Lecturer, Department of Transport and Logistics

vestnicsibgiu@sibsiu.ruШляровВиталий ВладиславовичShlyarovVitaly V.

заведующий сектором ОИАМиО

Head of the OIAMO Sector

shlyarov@mail.ruПрудниковАлександр НиколаевичPrudnikovAleksander N.

д.т.н., доцент, профессор кафедры обработки металлов давлением и материаловедения ЕВРАЗ ЗСМК

Dr. Sci. (Eng.), Assist. Prof., Department of Metal Forming and Materials Science. EVRAZ ZSMK

vestnicsibgiu@sibsiu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9859-8949ЗагуляевДмитрий ВалерьевичZaguliaevDmitrii V.

д.т.н., доцент, начальник УНИ, профессор кафедры естественнонаучных дисциплин им. В.М. Финкеля, 

Dr. Sci. (Eng.), Assist. Prof., Prof. Head of the Scientific Research Institute, Professor, Department of Natural Sciences named after V.M. Finkel

zagulyaev_dv@physics.sibsiu.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian FederationСибирский государственный индустриальный университетRussian FederationSiberian State Industrial University Russian Federation202402022026044654Copyright © Шлярова Ю.А., Серебрякова А.А., Шляров В.В., Прудников А.Н., Загуляев Д.В., 20262026Шлярова Ю.А., Серебрякова А.А., Шляров В.В., Прудников А.Н., Загуляев Д.В.Shliarova Y.A., Serebryakova A.A., Shlyarov V.V., Prudnikov A.N., Zaguliaev D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/27

Заэвтектические сплавы Al – Si играют важную роль в промышленности и в области износостойкости материалов. В работе исследуется заэвтектический сплав Al – 15 % Si, подвергнутый комбинированной обработке в различных режимах. Анализировали покрытия методами: сканирующая электронная микроскопия (СЭМ); просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ); рентгенофазовый анализ; измерение микротвердости. Экспериментальные данные показывают, что введение Al – Y2O3 способствует улучшению как морфологических, так и механических характеристик композита. Фазовый анализ продемонстрировал разнообразие структур и размеров различных фаз в исследуемом материале. Важно отметить, что средняя микротвердость покрытия увеличилась в 1,5 раза по сравнению с подложкой, что указывает на успешное увеличение прочностных характеристик благодаря изменениям в структуре материала. Просвечивающая электронная микроскопия подтвердила, что кристаллические ячейки в основном состоят из Y3Al2, в то время как промежуточные слои сформированы Y2Si2O7. Эти соединения, как известно, обладают повышенной термостойкостью и прочностью, что в значительной  степени способствует улучшению эксплуатационных характеристик материала. Использование интенсивного импульсного электронного пучка привело к образованию многофазной субмикро- и нанокристаллической структуры в поверхностном слое. Такой процесс способствует значительному повышению микротвердости. В результате структура материала становится более устойчивой при нагрузках, что значительно увеличивает его долговечность и надежность в условиях эксплуатации. Эти результаты подтверждают целесообразность использования комбинированных методов неравновесной модификации поверхности материалов и изделий, которые могут существенно повысить производительность и эффективность использования таких материалов в различных сферах промышленности.

Hypereutectic Al – Si alloys play an important role in industry and in the field of wear resistance of materials. The paper investigates the hypereutectic alloy Al – 15 % Si, subjected to combined processing in various modes. Coatings were analyzed using the following methods: scanning electron microscopy (SEM); scanning electron microscopy (TEM); X-ray phase analysis; measurement of microhardness. Experimental data show that the  introduction of Al – Y2O3 improves both the morphological and mechanical characteristics of the composite. The phase analysis demonstrated a variety of structures and sizes of different phases in the studied material. It is important to note that the average micro-strength of the coating increased by 1.5 times compared to the substrate,which indicates a successful increase in strength characteristics due to changes in the structure of the material. Transmission electron microscopy confirmed that the crystalline cells mainly consist of Y3Al2, while the intermediate layers are formed by Y2Si2O7. These compounds are known to have increased thermal stability and strength, which greatly contributes to improving the operational characteristics of the material. The use of an intense pulsed electron beam led to the formation of a multiphase submicro- and nanocrystalline structure in the surface layer. This process contributes to a significant increase in microhardness. As a result, the structure of the material becomes more stable under loads, which significantly increases its durability and reliability under operating conditions. These results confirm the expediency of using combined methods of non-equilibrium surface modification of materials and products, which can significantly increase the productivity and efficiency of using such materials in various fields of industry. 

силумин Аl – 15 % Siэлектровзрывное легированиемикротвердостьэлектронно-пучковая обработкасканирующая электронная микроскопияпросвечивающая электронная микроскопиямногофазная субмикро- и нанокристаллическая структураReferencesБелов Н.А. Фазовый состав алюминиевых сплавов. Москва: Издательский Дом МИСиС,2009;392.Belov N.A. Phase composition of aluminum alloys. Moscow: MISiS Publishing House, 2009:392. (In Russ.)Белов Н.А., Савченко С.В., Хван А.В. Фазовый состав и структура силуминов.Москва: МИСИС, 2008;282.Belov N.A., Savchenko S.V., Hwang A.V. Phase composition and structure of silumins. Moscow: MISIS, 2008:282. (In Russ.).Бельский С.Е., Волчок И.П., Митяев А.А., Свидунович Н.А. Производство алюминие-вых сплавов: состояние и перспективы. Литье и металлургия.2006;26:130–133.Belsky S.E., Volchok I.P., Mityaev A.A., Svidunovich N.A. Production of aluminum alloys: status and prospects. Casting and metallurgy. 2006;2:130–133. (In Russ.).Дроздов А.А. Алюминий. Тринадцатый элемент: энциклопедия. Москва: Библиотека РУСАЛа, 2007;239.Drozdov A.A. Aluminum. The thirteenth element: encyclopedia. Moscow: RUSAL Library, 2007:239. (In Russ.).Золоторевский В.С., Белов Н.А. Металло-ведение литейных алюминиевых сплавов. Москва: МИСиС, 2005;376.Zolotorevsky V.S., Belov N.A. Metallurgy of foundry aluminum alloys. Moscow: MISiS, 2005:376. (In Russ.).Javidani M., Larouche D. Application of cast Al-Si alloys in internal combustion engine components. International Materials Reviews. 2014;59(3):132–158.Javidani M., Larouche D. Application of cast Al-Si alloys in internal combustion engine components. International Materials Reviews.Марукович Е.., Стеценко В.Ю. Проблема модификации алюминиево-кремниевой эвтектики силуминов. Путирешения. Литьеиметаллургия. 2018;2:12–15.https://doi.org/10.21122/1683-6065-2018-2-12-15;59(3):132–158.Samat S., Omar M.Z., Baghdadi A.H., Mohamed I.F., Aziz A.M. Mechanical properties and microstructures of a modified Al–Si–Cu alloy prepared by thixoforming process for auto-motive connecting rods. Journal of Materials Research and Technology. 2021;10:1086–1102.Marukovich E., Stetsenko V. The problem of modifying an aluminum-silicon eutectic alloy of silumins. Way of solutions. Litiyo i Metallurgiya. 2018;2:12‒15. (In Russ.). https://doi.org/10.21122/1683-6065-2018-2-12-15Модификация структуры и свойств эв-тектического силумина электронно-ионно-плазменной обработкой/ А.П. Ласковнев, Ю.Ф. Иванов, Е.А. Петрикова и др.; под ред. А.П. Ласковнева. Минск: Беларус. Наука, 2013;287.Samat S., Omar M.Z., Baghdadi A.H., Mohamed I.F., Aziz A.M. Mechanical properties and microstructures of a modified Al–Si–Cu alloy prepared by thixoforming process for automotive connecting rods. Journal of Materials Research and Technology. 2021;10:1086–1102.Sigworth G.K. The modification of Ai-Si cast-ing alloys: important practical and theoretical aspects. International Journal of Metalcasting. 2008;2(2):19–40. https://doi.org/10.1007/BF03355425Laskovnev A.P., Ivanov Yu.F., Petrikova E.A. Modification of the structure and properties of eutectic silumin by electron-ion-plasma treatment.Minsk: Belarus Science, 2013:287. (In Russ.).Stepanova E.N., Grabovetskaya G.P., Mishin I.P., Teresov A.P.,Syrtanov M.S.Structure and mechanical properties of the Zr-Nb-H system alloys afterpulsed electronbeamexposure. AIP Conference Proceedings: Proceedings of the Advanced Materials with Hierarchical Structure for New Technologies and Reliable Structures. 2018;251(1):020295. https://doi.org/10.1063/1.5083538.Sigworth G.K. The modification of Al-Si casting alloys: important practical and theoretical aspects. International Journal of Metalcasting.Bestetti M., Andrea L.H., Batuhan A., et al. In-vestigation on the properties of anodic oxides grown on aluminium-silicon alloys irradiated by pulsed electron beam. Materials. Technolo-gies. Design. 2023;5(3(13)):109–122. https://doi.org/10.54708/26587572_2023_5313109;2(2):19–40. https://doi.org/10.1007/BF03355425Гэн Я., Панченко И.А., Коновалов С.В., Иванов Ю.Ф., Чен С. Влияние электронно-пучковой обработки на структуру аддитивного сплава Al –Mg. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2023;2(44):13–19. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-2(44)-13-19; EDN: HEJAEC.Stepanova E.N., Grabovetskaya G.P., Mishin I.P., Teresov A.P., Syrtanov M.S. Structure and mechanical properties of the Zr-Nb-H system alloys after pulsed electron beam exposure. AIP Conference Proceedings: Proceedings of the Advanced Materials with HierarchicalРоманов Д.А., Будовских Е.А., Жмакин Ю.Д.,Громов В.Е. Опыт и перспективы использования электровзрывной установки ЭВУ 60/10 для модификации поверхности мате-риалов. Известия вузов. Черная металлургия. 2011;(6):19–23. EDN:QCFHBX.Structure for New Technologies and Reliable Structures: electronic collection, Tomsk, 01–05 октября 2018. Vol. 2051. Tomsk: AIP Publishing LLC, 2018;020295.https://doi.org/10.1063/1.5083538Электронно-ионно-плазменная модификация поверхности цветных металлов и сплавов/ Под общ. ред. Н.Н. Коваля и Ю.Ф. Иванова. Томск: Изд-воНТЛ, 2016;312.Bestetti M., Andrea L. H., Batuhan A. Investigation on the properties of anodic oxides grown on aluminium-silicon alloys irradiatedEgerton F.R. Physical Principles of Electron Microscopy. Basel: Springer International Pub-lishing, 2016;196.by pulsed electron beam. Materials. Technologies. Design. 2023;5(3):109–122. https://doi.org/10.54708/26587572_2023_5313109Kumar C.S.S.R. Transmission Electron Microscopy. Characterization of Nanomaterials.New York: Springer, 2014;717.Gen Ya., Panchenko I.A., Konovalov S.V., Ivanov Yu.F., Chen S. Effect of electron beam processing on the structure of additive Al – Mg alloy. Bulletin of the Siberian State Industrial University. 2023;44(2):13–19. (In Russ.).https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-2(44)-13-19Fultz B., Howe J.Transmission Electron Microscopy and Diffractometry of materials, fourth edition. Berlin: Springer, 2013;764.Romanov D.A., Budovskikh E.A., Zhmakin Y.D., Gromov V.E. Surface modification by the EVU60/10 electroexplosive system. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2011;(6):19–23.Thomas J., Gemming T. Analytical transmis-sion Electron Microscopy. Dordrecht: Springer Netherlands, 2014;348.Electronion-plasma modification of the surface of non-ferrous metals and alloys. N.N. Koval and Yu.F. Ivanov ed. Tomsk: NTL Publishing House, 2016:312. (In Russ.).Liu Y.R., Zhang K.M., Zou J.X., LiuD.K., Zhang T.C. Effect of the high current pulsed electron beam treatment on the surface micro-structure and corrosion resistance of a Mg-4Sm alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2018;741:65–75. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.12.227Egerton F.R. Physical Principles of Electron Microscopy. Basel: Springer International Publishing, 2016:196.Zhang T.C.,Zhang K.M., Zou J.X., Yan P., Yang H.Y., Song L.X., Zhang X. Surface mi-crostructure and property modifications in a Mg-8Gd-3Y-0.5Zr magnesium alloy treated by high current pulsed electron beam. Journal of Alloys and Compounds.2019;788:231–239. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.02.130Kumar C.S.S.R. Transmission Electron Microscopy. Characterization of Nanomaterials. New York: Springer, 2014:717.Fultz B., Howe J. Transmission Electron Microscopy and Diffractometry of materials, fourth edition. Berlin: Springer, 2013:764.Fultz B., Howe J. Transmission Electron Microscopy and Diffractometry of materials, fourth edition. Berlin: Springer, 2013:764.Thomas J., Gemming T. Analytical transmission Electron Microscopy. Dordrecht: Springer Netherlands, 2014:348.Thomas J., Gemming T. Analytical transmission Electron Microscopy. Dordrecht: Springer Netherlands, 2014:348.Liu Y.R., Zhang K.M., Zou J.X., Liu D.K., Zhang T.C. Effect of the high current pulsed electron beam treatment on the surface microstructure and corrosion resistance of a Mg-4Sm alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2018;741(3):65–75.Liu Y.R., Zhang K.M., Zou J.X., Liu D.K., Zhang T.C. Effect of the high current pulsed electron beam treatment on the surface microstructure and corrosion resistance of a Mg-4Sm alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2018;741(3):65–75.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.12.227https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.12.227Zhang T.C., Zhang K.M., Zou J.X., Yan P., Yang H.Y., Song L.X., Zhang X. Surface microstructure and property modifications in a Mg-8Gd-3Y-0.5Zr magnesium alloy treated by high current pulsed electron beam. Journal of Alloys and Compounds. 2019;788(2):231–239. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.02.130Zhang T.C., Zhang K.M., Zou J.X., Yan P., Yang H.Y., Song L.X., Zhang X. Surface microstructure and property modifications in a Mg-8Gd-3Y-0.5Zr magnesium alloy treated by high current pulsed electron beam. Journal of Alloys and Compounds. 2019;788(2):231–239. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.02.130

The authors declare that there are no conflicts of interest present.