ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия:

Е. В. Дедяева, младший научный сотрудник, эл. почта: elena.dediaeva@mail.ru
А. Г. Падалко, заведующий лабораторией, эл. почта: padalko@inbox.ru
Г. В. Таланова, научный сотрудник

Проведена баротермическая обработка (горячее изостатическое прессование) мини-слитков двойного сплава 20 % (ат.) Si – Al при температуре изобарно-изотермической экспозиции 560 ^oC и давлении 100 МПа в течение 3 ч. Установлено, что исходная микропористость алюминиевой матрицы сплава после проведения баротермической обработки удаляется по механизму пластической деформации и диффузионного массопереноса с формированием полностью плотного материала. Металлографией, сканирующей электронной микроскопией и рентгеноструктурным анализом показано, что в ходе цикла баротермического воздействия в сплаве 20 % (ат.) Si – Al формируется бимодальное распределение по размерам кремниевой фазовой составляющей при средних размерах микрокристаллов 5,4 мкм и ультрадисперсных частиц кремния с размерами менее 1 мкм. Установлено снижение коэффициента термического расширения примерно на 12 % по сравнению с исходным сплавом и значительное уменьшение микротвердости после баротермической обработки. Сформулировано положение, в соответствии с которым твердофазная баротермическая обработка сплава 20 % (ат.) Si – Al является эффективным инструментом для удаления микропористости, достижения высокой степени гомогенизации и формирования близкой к оптимальной микроструктуры, что сравнимо с результатами обычной термической обработки материала при атмосферном и пониженном давлении и даже превосходит их.

Работа выполнена по государственному заданию № 007-00129-18-00.

1. Murray J. L., McAlister A. J. The Al – Si (Aluminum-Silicon) System // Bulletin of Alloy Phase Diagrams. 1984. Vol. 5, Iss. 1. P. 74–84.
2. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов : в 2 т. — М. : Металлургиздат, 1962. — 1188 с.
3. Диаграммы состояния двойных металлических систем : справочник : в 3 т. / под ред. Н. П. Лякишева. — М. : Машиностроение, 1996. — 3200 с.
4. Белов Н. А. Фазовый состав промышленных и перспективных алюминиевых сплавов. — М. : Изд. дом МИСиС, 2010. — 511 с.
5. Ceschini L., Morri A., Sambogna G. The effect of hot isostatic pressing on the fatigue behavior of sand-cast A356-T6 and A204-T6 aluminum alloys // J. Mater. Process. Technol. 2008. Vol. 204. P. 231–238.
6. Chama C. C. Distribution of Al 332 12Fe3Si and (FeAl₆)Si in a hiped Al – 10.71 wt% Si casting // Mater Charact. 1996. Vol. 37, Iss. 4. P. 177–181.
7. Bouvard D., Ouedraogo E. Modeling of Hot Isostatic Pressing: A New Formulation Using Random Variables // Acta Metallurgica. 1987. Vol. 35, No. 7. P. 2323–2328.
8. Li E. K. H., Funkenbusch P. D. Modeling of the of the Densification Rates of Monosized and Bimodal-Sized Particle Systems during Hot Isostatic Pressing (HIP) // Acta Metallurgica.1989. Vol. 37, No. 6. P. 1645–1655.
9. Nair S. V., Tien J. K. Densification Mechanism Map for Hot Isostatic Pressing (HIP) of Unequal Sized Particles // Metall. Trans. : A. 1987. Vol. 18A. P. 97–107.
10. Li W.-B., Ashby M. F., Easterling K. E. On Densification and Shape Change during Hot Isostatic Pressing // Acta Metallurgica. 1987. Vol. 35, No. 12. P. 2831–2842.
11. Wadley H. N. G., Schaefer R. J., Kahn A. H., Ashby M. F., Clough R. B., Geffen Y., Wlassich J. J. Sensing and Modeling of the Hot Isostatic Pressing of Copper Pressing // Acta Metallurgica. Mater. 1991. Vol. 39, No. 5. P. 979–986.
12. Shrinivasan R., Weiss I. Formation of Surface Depressions during Hot Isostatic Pressing (HIP) // Scripta Metallurgica Materialia. 1990. Vol. 24. P. 2413–2418.
13. Zulfia A., Atkinson H. V., Jones H., King S. Effect of Hot Isostatic Pressing on Cast A357 Aluminum Alloy with and without SiC Particle Reinforcement // J. Mat. Sci. 1999. Vol. 34. P. 4305–4310.
14. Акопян Т. К., Дедяева Е. В., Падалко А. Г., Таланова Г. В., Шворнева Л. И., Зубарев Г. И., Федотов В. Т., Сучков А. Н. Фазовые превращения в бинарном сплаве 10 ат. % Si – 90 ат.% Al при высоких давлениях и температурах // Металлы. 2014. № 3. С. 15–20.
15. Дедяева Е. В., Акопян Т. К., Падалко А. Г., Таланова Г. В., Шворнева Л. И., Зубарев Г. И., Федотов В. Т., Сучков А. Н. Исследование влияния барической состав ляющей на фазовые превращения и структуру сплава. Al –12 ат. % Si // Неорганические материалы. 2014. Т. 50, № 7. С. 719–725.
16. Дедяева Е. В., Акопян Т. К., Падалко А. Г., Федотов В. Т. Баротермография фазовых превращений и структура заэвтектического сплава Al – 16 ат. % Si // Цветные металлы. 2014. № 7. С. 76–80.
17. Дедяева Е. В., Акопян Т. К., Таланова Г. В., Падалко А. Г., Зубарев Г. И., Изотов А. Д., Сучков А. Н., Федотов В. Т., Шворнева Л. И. Фазовые переходы при высоком давлении и структура высококремнистого заэвтектического сплава 20 Si –80 Al // Неорганические материалы. 2016. Т. 52, № 10. С. 1148–1155.
18. Dedyaeva E. V., Akopian Т. К., Suchkov A. N., Padalko A. G., Fedotov V. T. Barothermography and microstructure of the hypoeutectic and eutectic alloys in Al–Si system // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2015. Vol. 121, Iss. 1. P. 485–490.
19. Дедяева Е. В., Никифоров П. Н., Падалко А. Г., Таланова Г. В., Шворнева Л. И. Влияние баротермического воздействия на микроструктуру и свойства доэвтектического двойного сплава 10 Si – Al // Неорганические материалы. 2016. Т. 52, № 7. С. 778–786.
20. Дедяева Е. В., Никифоров П. Н., Падалко А. Г., Таланова Г. В., Шворнева Л. И. Формирование микроструктуры при баротермическом воздействии и свойства эвтектического сплава 12 Si – Al // Металлы. 2016. № 5. С. 89–97.
21. Дедяева Е. В., Падалко А. Г., Таланова Г. В., Шворнева Л. И. Дифференциальный баротермический анализ фазовых превращений и баротермическая обработка двойных сплавов в системе Al – Si // Сб. тр. XV Международной конференции по термическому анализу и калориметрии в России (RTAC-2016). 16–23 сентября 2016 г. — С.-Петербург, 2016. — С. 205–207.
22. Дедяева Е. В., Зайцев Д. В., Лукина Е. А., Никифоров П. Н., Падалко А. Г., Таланова Г. В., Солнцев К. А. Влияние баротермического воздействия на твердофазное формирование структуры и свойства заэвтектического сплава 16 % (ат.) Si – Al // Неорганические материалы. 2018. Т. 54, № 2. С. 138–145.
23. Schumacher P., Reich M., Mohles V., Pogatscher S., Uggowitzer P. J., Milkereit B. Correlation between supersaturation of solid solution and mechanical behaviour of two binary Al-Si-alloys // Materials Science Forum. 2014. Vols. 794–796. P. 508–514.
24. Fujikava. S.-I., Hirano K.-I., Fukushima Y. Diffusion of Silicon in Aluminum // Metal. Trans. : A. 1978. Vol. 9A. P. 1811–1815.
25. Береснев А. Г., Разумовский И. М., Маринин С. Ф., Тихонов А. А., Бутрим В. Н. Технологические принципы горячего изостатического прессования монокристаллических лопаток авиационных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов // Цветные металлы. 2011. № 12. С. 84–88.
26. Mii H., Senoo M., Fujishiro I. Solid Solubility of Si in Al under High Pressure // Jpn. J. Appl. Phys. 1976. Vol. 15. P. 777–783.
27. Shamsuzzoha M., Hogan L. M. The twinned growth of silicon in chill-modified Al–Si eutectic // J. Crystal Growth. 1987. Vol. 82. P. 598–610.
28. Hidnert P., Krider H. S. Thermal Expansion of Aluminum and Some Aluminum Alloys // J. of Res. National Bureau of Standards. 1952. Vol. 48, No. 3. P. 2308.
29. Пригунова А. Г., Белов Н. А., Таран Ю. Н., Золоторевский В. С., Напалков В. И., Петров С. С. Силумины. Атлас микроструктур и фрактограмм. — М. : МИСиС, 1996. — 175 с.