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

Изучены микроструктура и механические свойства матричного композита на основе алюминиевого сплава АА2024, армированного наночастицами TiO₂. Интерметаллид AlMgCu сформирован в алюминиевой матрице, укрепленной наночастицами TiO₂ с 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. При добавлении 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 TiO₂ и проведении термообработки непрореагировавшие интерметаллиды и Al₃Ti полностью превращались в Al₃MgCu. С увеличением содержания TiO₂ от 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.

1. Gnanavelbabu A., Surendran K.T.S., Kumar S. Process optimization and studies on mechanical characteristics of AA2014/Al2O3 nanocomposites fabricated through ultrasonication assisted stir–squeeze casting. International Journal of Metal casting. 2022;16(2):759–782. https://doi.org/10.1007/s40962-021-00634-3

2. ‏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 condition. Journal of Alloys and Compounds. 2020; 821:153458. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153458

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

4. Ramesh R., Roseline V.A., Gowrishankar. Production and characterization of aluminum metal matrix composite rein-forced 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

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

6. Krishna M.G., Kumar K.P., Swapna M.N., Rao J.B., Bhargava N.R.M.R. Fabrication, characterization 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

7. 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

8. Hekmat-Ardakan A., Ajersch F. Effect of isothermal ageing on the semi-solid microstructure 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

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

10. 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

11. 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

12. 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 Technology. 2020; 9:11069–11079. https://doi.org/ 10.1016/j.jmrt.2020.07.098

13. 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 solidification. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2020;30(9):2311–2325. https://doi. org/10.1016/S1003-6326(20)65381-X

14. Mahan H.M., Konovalov S.V., Osintsev K., Panchenko I. The influence of TiO2 nanoparticles on the mechanical properties and microstructure of AA2024 aluminum alloy. Materials and Technology. 2023;57(4):379–384. https://doi.org/10.17222/mit.2023.898

15. Gxowa-Penxa Z., Daswa P., Modiba R., Mathabathe M.N., Bolokang A.S. De-velopment 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

16. 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

17. 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 Engineering: A. 2013;577: 64–72. https://doi.org/10. 1016/j.msea.2013.03.084

18. 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 Mechanical Engi-neering. 2023;20(3):1823–5514. https://doi.org/10.24191/jmeche. v20i3.23910

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

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

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

22. 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 TiO2 nanoparticles under the effect of heat treat-ment. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2023:1-13.‏https://doi.org/10.1007/s12541-023-00906-4