Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия

А. Б. Финкельштейн, профессор кафедры литейного производства и упрочняющих технологий, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: avinkel@mail.ru
В. А. Хотинов, профессор кафедры термообработки и физики металлов, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: khotinov@yandex.ru
Мяо Цзинтао, аспирант кафедры литейного производства и упрочняющих технологий, эл. почта: miaojingtao22@gmail.com

Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия

А. П. Пелленен, доцент кафедры процессов и машин обработки металлов давлением, канд. техн. наук

Пластическая деформация литых композитов позволяет повысить их механические и служебные свойства. Большая часть исследований в этом направлении посвящена преодолению пористости, связанной с повышенным газонасыщением при введении наполнителя в расплав замешиванием и его последующей седиментации. Решением проблемы является использование технологии in situ продувки предварительно гидрогенизированного расплава силумина кислородом (формирование упрочняющего компонента в результате химических реакций в расплаве). Но достигаемый уровень механических свойств композита невелик, что обусловлено наличием на поверхности упрочняющих частиц Al₂O₃ химически адсорбированного слоя водорода. Для повышения указанных характеристик была использована горячая прокатка. Отработанная технология предусматривает прокатку цилиндрических заготовок поперек оси со степенью обжатия до 63 % при температуре 550 ^oC. При воздействии на заготовки толщиной 1 мм и менее проводили отжиг при температуре 380 ^oC. Достигнутая толщина проката составила 0,16 мм. Механические испытания показали достигнутый предел прочности на растяжение 250 МПа, что на 25 % выше, чем в литой заготовке, а предел текучести составил 197 МПа, что крайне незначительно — не более чем на 5 % выше. На кривых растяжения наблюдали осцилляции нагрузки, связанные с возникновением микротрещин. Однако последние не вызывают немедленное разрушение, как в литом состоянии. Сопоставление кривых растяжения литых и прокатанных образцов позволило предположить, что наблюдаемые осцилляции связаны с истончением при горячей прокатке на поверхности упрочняющей фазы — оксида алюминия — слоя гидроксида. Именно снижение доли связанного водорода, а не наблюдаемое измельчение кристаллов первичного кремния, и является причиной повышения предела прочности на растяжение композита. Прокат из алюмоматричного композита в перспективе может стать альтернативой деформируемым сплавам.

1. Aluminium alloys and composites / ed. Cooke K. — IntechOpen, 2020. DOI: 10.5772/intechopen.81519
2. Rohatgi P. Foundry processing of metal matrix co mposites // Mod. Cast. 1988. Vol. 78, Iss. 4. P. 47–50.
3. Lemieux S., Elomari S., Nemes J. A. et al. Thermal expansion of isotropic Duralcan metal–matrix composites // Journal of Materials Science. 1998. Vol. 33, Iss. 9. P. 4381–4387. DOI: 10.1023/A:1004437032224
4. Creber D. K., Poste S. D., Aghajanian M. K., Claar T. D. AlN composite growth by nitridation of aluminum alloys // 12^th Annual Conference on Composites and Advanced Ceramic Materials. Part 1: Ceramic Engineering and Science Proceedings. The American Ceramic Society. 1988. Vol. 9, Iss. 7-8. P. 975–982. DOI: 10.1002/9780470310496.ch50
5. Babcsán N., Leitlmeier D., Degischer H. P., Banhart J. The role of oxidation in blowing particle–stabilised aluminium foams // Advanced Engineering Materials. 2004. Vol. 6, Iss. 6. P. 421–428. DOI: 10.1002/adem.200405144
6. Yolshina L. A., Muradymov R. V., Korsun I. V., Yakovlev G. A. et al. Novel aluminum-graphene and aluminum-graphite metallic composite materials: Synthesis and properties // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 663. P. 449–459. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.12.084
7. Finkelstein A. B., Chikova O. A., Schaefer A. Microstructures, mechanical properties ingot AlSi7Fe1 after blowing oxygen through melt // Acta Metallurgica Slovaca. 2017. Vol. 23, Iss. 1. P. 4–11. DOI: 10.12776/ams.v23i1.808
8. Finkelstein A., Schaefer A., Dubinin N. Dehydrogenation of AlSi7Fe1 melt during in situ composite production by oxygen blowing / Metals. 2021. Vol. 11, Iss. 4. P. 1–9. DOI: 10.3390/met11040551
9. Chikova O. A., Finkel’shtein A. B., Shefer A. A. Structure and nanomechanical properties of the Al – Si – Fe alloy produced by blowing the melt with oxygen // Physics of Metals and Metallography. 2018. Vol. 119, Iss. 7. P. 685–690. DOI: 10.1134/S0031918X18070037
10. Pramono A., Jamil A.M., Milandia A. Aluminum based composites by severe plastic deformation process as new methods of manufacturing technology // MATEC Web Conf. ICEE. 2018. Vol. 18. 04011. DOI: 10.1051/matecconf/201821804011
11. Lokesh G. N., Ramachandra M., Mahendra K. V. Effect of hot rolling on Al – 4.5%Cu alloy reinforced fly ash metal matrix composite // International Journal of Composite Materials. 2014. Vol. 4, No. 1. P. 21–29. DOI: 10.5923/j.cmaterials.20140401.04
12. Алюминиевые сплавы (свойства, обработка, применение) : Справочник / под ред. Х. Нильсена, В. Хуфнагеля, Г. Ганулиса. — пер. с нем. / под ред. М. Е. Дрица, Л. Х. Райтбарга. — М. : Металлургия, 1979. — 681 с.
13. Ajit Kumar S., Sasank Shekhar P., Gopal Krushna M. Effect of hot rolling on physical and mechanical properties of Al 6061 alloy-based metal matrix composite // Advances in Mechanical Processing and Design. Lecture Notes in Mechanical Engineering / ed. Pant P., Mishra S. K., Mishra P. C. — Singapore : Springer. DOI: 10.1007/978-981-15-7779-6_27
14. ISO BS En 573–3:2019. Aluminium And Aluminium Alloys — Chemical Composition And Form Of Wrought Products ; 01.02.2019. — Api Asme Publication. — 56 p.
15. Afkham Y., Khosroshahi R. A., Rahimpour S. et al. Enhanced mechanical properties of in situ aluminium matrix composites reinforced by alumina nanoparticles // Archiv. Civ. Mech. Eng. 2018. Vol. 18. P. 215–226. DOI: 10.1016/j.acme.2017.06.011
16. Ceschini L., Minak G., Morri A. Forging of the AA2618/20vol.% Al₂O₃p composite: Effects on microstructure and tensile pro perties // Composites Science and Technology. 2009. Vol. 69, Iss. 11-12. P. 1783–1789. DOI: 10.1016/j.compscitech.2008.08.027
17. Khosroshahi N. B., Mousavian R. T., Khosroshahi R. A., Brabazon D. Mechanical properties of rolled A356 based composites reinforced by Cu-coated bimodal ceramic particles // Materials & Design. 2015. Vol. 83. P. 678–688. DOI: 10.1016/j.matdes.2015.06.027
18. Прудников А. Н., Попова М. В., Прудников В. А. Воздействие деформации на структуру и свойства силуминов // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2017. № 3. С. 11–17.
19. Rusin N. M., Skorentsev A. L. Stages of plastic flow of silumin-matrix-based composites during compression // Phys. Metals Metallogr. 2019. Vol. 120. P. 813–818. DOI: 10.1134/S0031918X19080131
20. Wittman Z., Kantor E., Belafi K., Peterfy L. et al. Phase composition analysis of hydrous aluminium oxides by thermal analysis and infrared spectroscopy // Talanta. 1992. Vol. 39, No. 12. P. 1583–1586. DOI: 10.1016/0039-9140(92)80187-i
21. Finkelstein A. B., Shak A. V., Schaefer A. A. Corrosion of an aluminum matrix composite in situ based on Al – 7 Si – 1 Fe alloy // Russ. J. Non-ferrous Metals. 2020. Vol. 61. P. 108–111. DOI: 10.3103/S1067821220010046
22. Финкельштейн А. Б., Черный М. Л., Шефер А. А., Колышкин М. И. Применение алюмоматричного композита для пористого литого алюминия // Литейное производство. 2023. № 12. С. 19–21.