Самара, Самарская область, Россия
ВАК 2.6.17 Материаловедение
УДК 539 Строение материи
ББК 342 Металловедение
Приводятся результаты исследования, посвященного изучению влияния армирования высокодисперсной фазой карбида титана в количестве 10 масс.% на физико-механические и триботехнические свойства промышленного алюминиевого сплава марки АМ4,5Кд. Проведен анализ физико-механических (плотность, пористость, коэффициент термического линейного расширения, твердость, микротвердость) и триботехнических (скорость износа, коэффициент терения, температура саморазогрева) свойств композиционного материала АМ4,5Кд-10%TiC, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза до и после термической обработки. Выявлено, что образцы композита после проведения термической обработки обладают хорошим сочетанием физико-механических свойств, а именно низким уровнем пористости, низким значением коэффициента термического линейного расширения (КТЛР), повышенными в 2 раза значениями твердости и микротвердости. Следует обратить особое внимание, что армирование керамической фазой в комплексе с термической обработкой, приводит к значительному повышению уровня износостойкости матричного сплава (в 9 раз) и уменьшению коэффициента трения (в 4 раза). Таким образом, по результатам комплекса проведенных исследований, полученный композиционный материал АМ4,5Кд-10%TiC можно рекомендовать в качестве материала, используемого в узлах трибосопряжений.
композиционный материал, алюминий, карбид титана, трибология, высокотемпературный синтез
1. Kim D. Y., Choi H.J. «Recent Developments towards Commercialization of Metal Matrix Composites". Materials (Basel). 2020;13(12):2820-2828. DOI: 10.3390/ ma13122828.
2. Lovshenco F. G., Lozikov I. A., Khabibutin A. I. «High-temperature aluminum composite materials with special physical and mechanical properties produced by mechanical alloying». Foundry production and metallurgy. 2020;3; 99-111. DOI: 10.21122 16X3-6065-2020-3-99−111.
3. Alam M. A., Ya H. H., Azeem M., Yusuf M., Soomro I. A., Masood F., Shozib I.A., Sapuan S. M., Akhter J. «Artificial Neural Network Modeling to Predict the Effect of Milling Time and TiC Content on the Crystallite Size and Lattice Strain of Al7075-TiC Composites Fabricated by Powder Metallurgy. Crystals. 2022;12:372-392. DOI:https://doi.org/10.3390/cryst12030372.
4. Shi Q., Mertens R., Dadbakhsh S., Li G., Yang S. «In-situ formation of particle reinforced Aluminium matrix composites by laser powder bed fusion of Fe2O3/AlSi12 powder mixture using laser melting/remelting strategy». Journal of Materials Processing Technology. 2022;299:117357. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2021.117357.
5. Амосов А.П., Луц А.Р., Латухин Е.И., Ермошкин А.А. Применение процессов СВС для получения in situ алюмоматричных композиционных материалов, дискретно армированных наноразмерными частицами карбида титана (обзор). Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2016. №1. С.39-49. DOI:https://doi.org/10.17073/0021-2016-1-39-49.
6. Луц А.Р., Амосов А.П., Латухин Е.И., Ермошкин А.А. Армирование сплава Al-5%Cu наночастицами карбида титана методом СВС в расплаве. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2017. Т. 19. №1(3). С.529-535.
7. Луц А.Р., Шерина Ю.В., Амосов А.П., Качура А.Д. Жидкофазное получение методом СВС и термическая обработка композитов на основе алюминиево-магниевых сплавов, упрочненных высокодисперсной фазой карбида титана. Известия вузов. Цветная металлургия. 2023. Т.59. №4. С.70-86. DOI:https://doi.org/10.17073/0021-3438-2023-4-70-86.
8. Kainer K.U., Huang Y.D., Hort N., Dieringa H., Liu Y.L. «Microstructural investigations of interfaces in short fiber reinforced AlSi12CuMgNi composites». Acta Materialia. 2005;53:3913-3923. DOI:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2005.04.039.
9. Курганова Ю.А. Разработка и применение дисперсно упрочненных алюмоматричных композиционных материалов в машиностроении. Дисс. на соиск. уч. степени доктора технич. наук. Москва. 2008. 285 С.
10. Миронова Е.В., Затуловский А.С., Косинская А.В., Затуловский С.С. Литые композиционные материалы на основе алюминиевого сплава для автомобилестроения. Киев. 2006. 3 С.
11. Михеев Р.С. Разработка износостойкиз дисперсно-наполненных компощиционных материалов и покрытий из них. Дисс. на соик. уч. степени канд. техн. наук. М.: МИСиС. 2010. 202 С.
12. М.Л. Хазин, Р.А. Апакашев. Новые материалы для деталей горных машин. Горный информационно-аналитический бюллетень. MIAB. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023. №12 С.149-163. DOI:https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_121_0_149.
13. Михеев Р. С., Чернышова Т. А. Алюмоматричные композиционные материалы с карбидным упрочнением для решения задач новой техники. М.: Издательская группа URSS, 2013. 360 С. ISBN 978-5-91146-913-9.
14. Adiga K., Herbert M.A., Rao S. S., Shettigar A. «Applications of reinforcement particles in the fabrication of Aluminium Metal Matrix Composites by Friction Stir Processing». Manufacturing Review. 2022;9(26):1-17. DOI:https://doi.org/10.1051/mfreview/2022025.
15. Nayak K. C., Rane K. K., Date P. P., Srivatsan T. S. «Synthesis of an Aluminum Alloy Metal Matrix Composite Using Powder Metallurgy: Role of Sintering Parameters». Applied Science. 2022;12:8843. DOI:https://doi.org/10.3390/app12178843.
16. Hamid F. S., EL-Nikhaily A., Abd Ellatif H. R., El kady O. A. «Morphology and Mechanical Properties of Al-TiC Nanocomposite Processed via Ball Milling Technique». International Journal of Materials Technology & Innovation (IJMTI). 2021;1:18-29. DOI:https://doi.org/10.21608/ijmti.2021.181121.
17. Maziarz W., Bobrowski P., Wójcik A., Bigos A., Szymański Ł., Kurtyka P., Rylko N., Olejnik E. «Microstructure and Mechanical Properties of In Situ Cast Aluminum Based Composites Reinforced with TiC Nano-Particles». MSF. 2020;985:211-217. DOI:https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.985.211.
18. Mohapatra S., Chaubey A. K., Mishra D. K., Singh S. K. «Fabrication of Al-TiC composites by hot consolidation technique: its microstructure and mechanical properties». Journal of Materials Research and Technology. 2016;5(2):117-122. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2015.07.001.
19. Sohag A. Z., Gupta P., Kondal N., Kumar D., Singh N., Jamwal A. «Effect of ceramic reinforcement on the microstructural, mechanical and tribological behavior of Al-Cu alloy metal matrix composite». Materials Today Proceedings. 2020;21:1407-1411. DOI:https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.08.179.
20. Veeravalli R. R., Nallu R., Mohammed M. M.-S. «Mechanical and tribological properties ofAA7075-TiC metal matrix composites under heattreated (T6) and cast conditions». Journal Materres Technol. 2016;7:377-383. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2016.03.011.
21. Uvaraja V.C. «Heat Treatment Parameters to Optimize Friction and Wear behavior of Novel Hybrid Aluminium Composites Using Taguchi Technique». International Journal of Engineering and Technology. 2014;6(2):939-947.
22. Шерина Ю.В., Луц А.Р., Качура А.Д., Шигин С.В. Исследование влияния вида флюса на синтез литого композиционного материала АМг2-10%TiC. Транспортное машиностроение. 2023. №7(9). С.40-48. DOI:https://doi.org/10.30987/2782-5957-2023-7-40-48.
23. Меркулова Г.А. Металловедение и термическая обработка цветных сплавов: учеб. пособ. Красноярск. 2008. 312 С.
24. Mohapatra S., Chaubey A. K., Mishra D. K., Singh S. K. «Fabrication of Al-TiC composites by hot consolidation technique: its microstructure and mechanical properties». Journal of Materials Research and Technology. 2016;2(5):117-122. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2015.07.001.
25. Ali M. «Review of stir casting technique and technical challenges for ceramic reinforcement particulate and aluminium matrix composites». Journal of Silicate Based and Composite Materials. 2020;6(72):198-204. DOI:https://doi.org/10.14382/epitoanyag-jsbcm.2020.32.
26. Rosso M. «Ceramic and metal matrix composites: Routes and properties». Journal of Materials Processing Technology. 2006;1(175):364-375. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2005.04.038.
27. Прусов Е.С. Развитие научных основ создания литых комплексно-армированных алюмоматричных композиционных материалов для отливок ответственного назначения. Дисс. на соик. уч. степени доктора техн. наук. Нижний Новгород. 2023. 365 С.
28. Белов Н.А. Фазовый состав алюминиевых сплавов. Научное издание. М.: Изд. Дом МИСиС. 2009. 392 С. ISBN 978-5-87623-375-2.
29. Аксенов А.А. Оптимизация состава и структуры композиционных материалов на алюминиевой и медной основе, получаемых жидкофазными методами и механическим легированием. Дисс. на соиск. уч. степени доктора техн. наук. Москва. 2007. 390 С.
30. Калашников И.Е. Развитие методов армирования и модифицирования структуры алюмоматричных композиционных материалов. Дисс. на соиск. уч. степени доктора техн. наук. Москва. 2011. 428 С.
31. М. Х. Мохаммед, С. В. Коновалов, И. А. Панченко, Д. Д. Пашкова. Исследование свойств и структуры алюмоматричных композитов, армированных частицами TiO2. Ползуновский вестник. 2022. Т.2. №4. С.7-13. DOI:https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2022.4.2.001.
