Повышение усталостного ресурса силумина электронно-пучковой обработкой

Abstract

В настоящее время в различных отраслях промышленности всё большую популярность приобретают изделия из алюминиевых сплавов. Однако сравнительно низкие прочностные свойства силумина существенно сужают сферу его применения. Силумины практически не упрочняются термической обработкой из-за малого различия по растворимости кремния при высокой и низкой температуре. Поэтому важнейшим методом улучшения их механических свойств является модифицирование. Осуществлена обработка силумина эвтектического состава высокоинтенсивным импульсным электронным пучком в различных режимах. Выполнены многоцикловые усталостные испытания и выявлен режим облучения, позволивший повысить усталостную долговечность материала более чем в 3,5 раза. Методами сканирующей и просвечивающей электронной дифракционной микроскопии проведены исследования структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры силумина, подвергнутого усталостным многоцикловым испытаниям до разрушения. Показано, что в режиме частичного оплавления поверхности облучения процесс модификации поверхности сопровождается формированием многочисленных микропор, расположенных вдоль границы раздела пластина–матрица, и микротрещин, расположенных в пластинах кремния. В режиме устойчивого плавления (толщина расплавленного слоя изменяется в пределах до 20 мкм) формируется мультимодальная структура (зёрна размерами 30–50 мкм с расположенными на границах частицами кремния размерами до 10 мкм; субзёренная структура в виде ячеек кристаллизации размерами от 100 нм до 250 нм). Выявлено, что источниками усталостных микротрещин являются пластины кремния микронных и субмикронных размеров, не растворившиеся при электронно-пучковой обработке. Обсуждены возможные причины повышения усталостного ресурса силумина электронно-пучковой обработкой. Показано, что основными причинами увеличения усталостной долговечности силумина являются: значительное увеличение критической длины трещины, коэффициента безопасности, снижение среднего расстояния между усталостными бороздками (пробег трещины за цикл нагружения), формирование мультимодальной многофазной субмикро- и наноразмерной структуры. Изучены трибологические и прочностные свойства поверхности силумина после электронно-пучковой обработки и усталостных испытаний и выявлено снижение твёрдости, увеличение скорости изнашивания и коэффициента трения с ростом числа циклов до разрушения. Обсуждены возможные причины снижения прочностных и трибологических свойств поверхностных слоёв силумина.

В теперішній час у різних галузях промисловости все більшої популярности набувають вироби з алюмінійових стопів. Однак порівняно низькі міцнісні властивості силуміну істотно звужують сферу його застосування. Силуміни практично не зміцнюються термічним обробленням через малу відмінність за розчинністю Кремнію при високій і низькій температурах. Тому найважливішою методою поліпшення їхніх механічних властивостей є модифікування. Здійснено оброблення силуміну евтектичного складу високоінтенсивним імпульсним електронним пучком за різних режимів. Виконано багатоциклові утомні випробування та виявлено режим опромінення, що уможливив підвищити утомну довговічність матеріялу більш ніж у 3,5 рази. Методами сканувальної та просвітлювальної електронної дифракційної мікроскопії проведено дослідження структурно-фазових станів і дефектної субструктури силуміну, підданого утомним багатоцикловим випробуванням до руйнування. Показано, що в режимі часткового розтоплення поверхні опроміненням процес модифікації поверхні супроводжується формуванням численних мікропор, розташованих вздовж межі поділу платівка–матриця, і мікротріщин, розташованих у платівках силіцію. У режимі стійкого топлення (товщина розтопленого шару змінюється в межах до 20 мкм) формується мультимодальна структура (зерна розмірами у 30–50 мкм з розташованими на межах частинками силіцію розмірами до 10 мкм; субзеренна структура у вигляді осередків кристалізації розмірами від 100 нм до 250 нм). Виявлено, що джерелами утомних мікротріщин є платівки силіцію мікронних і субмікронних розмірів, що не розчинилися при електронно-пучковому обробленні. Обговорено можливі причини підвищення утомного ресурсу силуміну електронно-пучковим обробленням. Показано, що основними причинами збільшення утомної довговічности силуміну є: значне збільшення критичної довжини тріщини, коефіцієнта безпеки, зниження середньої віддалі між утомними борозенками (пробіг тріщини за цикл навантаження), формування мультимодальної багатофазної субмікро- і нанорозмірної структури. Вивчено трибологічні та міцнісні властивості поверхні силуміну після електронно-пучкового оброблення й утомних випробувань і виявлено зниження твердости, збільшення швидкости зношування та коефіцієнта тертя з ростом числа циклів до руйнування. Обговорено можливі причини погіршення міцнісних і трибологічних властивостей поверхневих шарів силуміну.

В настоящее время алюминий-сплав производств становится все более популярным в различных отраслях промышленности. Однако, относительно низкие прочностные свойства силумина значительно ограничивает сферу ее применения. Silumins не усилена путем термической обработки вследствие малого различия по растворимости кремния при высокой и низкой температурах. Поэтому модификация является наиболее важным методом улучшения их механических свойств. Обработка эвтектического силумина высокоинтенсивным электронным пучком в различных режимах осуществляется. Высок-цикл усталостных испытаний выполняются с целью определения режима облучения, обеспечивающие повышение материального усталостной долговечности более чем в 3,5 раза. Исследования структурно–фазовых состояний и дефектной субструктуры силумин подвергают многоцикловой усталости испытания до отказа осуществляются методами сканирующей и просвечивающей электронно-дифракционной микроскопии. Как показано для режима частичного плавления поверхности облучения, процесс модификации поверхности сопровождается образованием многочисленных больших микропор на границе пластины–матрицы и микротрещин, расположенных в Кремниевой пластины. Смешанной структуры (зерен 30-50 μм Размеры и кремний частицами до 10 μм, расположенные на границах) формируется в стабильную плавления режима, а также субструктура в виде кристаллизации клеток размерами от 100 нм до 250 нм). Как выяснилось, источниками микротрещин усталости являются пластины кремния микронных и субмикронных размеров, которые не растворяются в электронно-лучевой обработки. Обсуждаются возможные причины силумин жизни усталость возрастает под электронно-лучевого лечения. Как показала практика, основными причинами силумин усталости-жизнь увеличение не значительное увеличение критической длины трещины, коэффициента безопасности, а также уменьшение среднего расстояния между усталостных бороздок (трещина пути для погрузки цикл), формирование мультимодальных, многофазные, субмикро - и наноразмерной структуры. Изучал трибологических и прочностных свойств силумина поверхности после электронно-лучевой обработки и испытаний на усталость; и снижение твердости, интенсивности изнашивания и коэффициента трения увеличивается с ростом числа циклов не обнаружено. Обсуждаются возможные причины ухудшение трибологических и прочностных свойств поверхностных слоев силумина являются.