Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

ИССЛЕДОВАНИЕ МОДИФИКАЦИИ СПЛАВОВ НАНОМАТЕРИАЛАМИ

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-11-897-903

Полный текст:

Аннотация

В последние годы улучшение механических свойств и характеристик металлов является одной из основных проблем в материаловедении и, особенно, в металлургическом производстве. Как правило, процесс легирования традиционно используется для улучшения свойств и характеристик металлов. В последнее время для производства композитных материалов с улучшенными свойствами применяется нанотехнологический подход. Однако данная работа описывает другой метод, в котором различные наночастицы используются в качестве модификаторов в процессе литья металла. Влияние этих наноматериалов исследовано на гипоэвтектическом литейном алюминиевом сплаве и чистой меди. Испытания на прочность и на растяжение показали, что пластичность алюминия улучшилась, а прочность осталась неизменной. В частности, добавление до 0,1  % (по массе) керамических наночастиц увеличивает удлинение металлов при разрушении на 20 – 60 %. Механизм упрочнения, предложенный для этого процесса, был оценен путем применения электронной микроскопии с высокой разрешающей способностью (HR-TEM). Исследования HR-TEM, вместе с результатами испытаний механических свойств, привели к гипотезе о том, что в этом процессе работает механизм упрочнения зерна. В этом механизме упрочнение металла происходит из-за высокой концентрации границ зерен, которые блокируют движение дислокаций. Результаты, полученные при модификации меди, показали улучшение прочности металла одновременно с пластичностью. Такое поведение было получено после добавления многослойных углеродных нанотрубок (MWCNT) и наночастиц TiN до 0,1  % (по массе). Дальнейшее применение описанного подхода может привести к его внедрению в литейную промышленность, превратив ее в экономически выгодную.

Об авторах

К. Б. Бородянский
Университет Ариэля
Израиль

доктор философии,

40700, Ариэль



М. И. Зиниград
Университет Ариэля
Россия

д.т.н., профессор, ректор,

40700, Ариэль



Л. И. Леонтьев
Президиум РАН; Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

академик РАН, советник, д.т.н., профессор, главный научный сотрудник,

119991, Москва, Ленинский пр., 32а;

119334,  Москва, Ленинский пр., 49;

119334, Россия, Москва, Ленинский пр., 49



Список литературы

1. Callister W.D. Materials Science and Engineering. 7th ed. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons Inc., 2007.

2. Schaffer P.L., Dahle A.K. Settling behavior of different grain refiners in aluminum // Mater. Sci. Eng. A. 2005. 413 – 414. Р. 373 – 378.

3. BirolY.AlB3 master alloy to grain refineAlSi10Mg andAlSi12Cu aluminum foundry alloys // J. Alloys Compd. 2012. 513. Р. 150 – 153.

4. Mohanty P.S., Gruzleski J.E. Mechanism of grain refinement in aluminum // Acta Metall. Mater. 1995. 43. Р. 2001 – 2012.

5. Wang C., Wang M., Yu В. etc. The grain refinement behavior of TiB2 particles prepared with in situ technology // Mater. Sci. Eng. A. 2007. 459. Р. 238 – 243.

6. Chou N.S., Huang J.L., Lii D.F., Lu H.H. The mechanical properties of Al2 O3 /aluminum alloy A356 composite manufactured by squeeze casting // J. Alloys Compd. 2006. 419. Р. 98 – 102.

7. Daoud А., Abo-Elkhar М. Influence of Al2 O3 or ZrO2 particulate addition on the microstructure aspects of AlNi and AlSi alloys // J. Mater. Process. Technol. 2002. 120. Р. 296 – 302.

8. Han Y., Le K., Wang J. etc. Influence of high-intensity ultrasound on grain refining performance of Al-5Ti-1B master alloy on aluminum // Mater. Sci. Eng. A. 2005. 405. Р. 306 – 312.

9. Das A., Kotadia H.R. Effect of high-intensity ultrasonic irradiation on the modification of solidification microstructure in a Si-rich hypoeutectic Al-Si alloy // Mater. Chem. Phys. 2011. 125. Р. 853 – 859.

10. Zhang S., Zhao Y., Cheng X. etc. High-energy ultrasonic field effects on the microstructure and mechanical behaviors of A356 alloy // J. Alloys Compd. 2009. 470. Р. 168 – 172.

11. Lu H.T., Wang L.C., Kung S.K. Grain refining in A356 Alloys // J. Chin. Foundrym. Assoc. 1981. 29. Р. 10 – 18.

12. Sigworth G.K., Guzowski M.M. Grain refining of Hypo-eutectic Al-Si alloys // ASF Trans. 1985. 93. Р. 907 – 912.

13. Clapham L., Smith R.W. The mechanism of the partial modification of Al-Si eutectic alloys // J. Crys. Growth. 1986. 79 (1– 3). Рart 2. Р. 866 – 873.

14. Kori S.A., Murty B.S., Chakraborty M. Development of an efficient grain refiner for Al–7Si alloy and its modification with strontium // Mater. Sci. Eng. A. 2000. 283. Р. 94 – 104.

15. Shi Z.M., Wang Q., Zhao G., Zhang R.Y. Effects of erbium modification on the microstructure and mechanical properties of A356 aluminum alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2015. 626. Р. 102 – 107.

16. Torre A.D.L., Pérez-Bustamante R., Camarillo-Cisneros J. etc. Mechanical properties of the A356 aluminum alloy modified with La/ Ce // J. Rare Earths. 2013. 31. Р. 811 – 816.

17. Flemings M.C., Riek R.G., Young K.P. Rheocasting // Mater. Sci. Eng. 1976. 25. Р. 103 – 117.

18. Kapranos P., Ward P.J., Atkinson H.V., Kirkwood D.H. Near net shaping by semi-solid metal processing // Mater. Des. 2000. 21. Р. 387– 394.

19. Liao B.C., Park Y.K., Ding H.S. Effects of rheocasting and heat treatment on microstructure and mechanical properties of A356 alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2011. 528(3). Р. 986 – 995.

20. Akbari M.K., Baharvandi H.R., Shirvanimoghaddam K. Tensile and fracture behavior of nano/micro TiB2 particle reinforced casting A356 aluminum alloy composites // Mater. Des. 2015. 66. Р. 150 – 161.

21. Sajjadi S.A., Parizi M.T., Ezatpour H.R., Sedghic A. Fabrication of A356 composite reinforced with micro and nano Al2 O3 particles by a developed compocasting method and study of its properties // J. Alloys Compd. 2012. 511. Р. 226 – 231.

22. Lobemeier D., Klein H., Nembach E. Grain boundary strengthening of copper-base copper–manganese and copper–gallium solid solutions // Acta mater. 1998. 46 (8). Р. 2909 – 2912.

23. Lewis A.C., Eberl C., Hemker K.J., Weihs T.P. Grain boundary strengthening in copper/niobium multilayered foils and fine-grained niobium // J. Mater. Res. 2008. 23 (2). Р. 376 – 382.

24. Ozerinc S., Tai K., Vo N.Q. etc. Grain boundary doping strengthens nanocrystalline copper alloys // Scripta Materialia. 2012. 67. Р. 720 – 723.

25. Lekatou A., Karantzalis A.E., Evangelou A. etc. Aluminium reinforced by WC and TiC nanoparticles (ex-situ) and aluminide particles (in-situ): Microstructure, wear and corrosion behaviour // J. Mater. Des. 2015. 65. Р. 1121 – 1135.

26. Chattopadhyay A.K., Roy P., Sarangi S.K. Study of wettability test of pure aluminum against uncoated and coated carbide inserts // Surface Coat. Technol. 2009. 204. Р. 410 – 417.

27. Borodianskiy K., Kossenko A., Zinigrad M. Improvement of the mechanical properties of Al-Si alloys by TiC nanoparticles // Metall. Mat. Trans. A. 2013. 44 (8). Р. 4948 – 4953.

28. Lee K., Kwon Y.N., Lee J. Effects of eutectic silicon particles on tensile properties and fracture toughness of A356 aluminum alloys fabricated by low-pressure-casting, casting-forging, and squeezecasting processes // Alloys Compd. 2008. 461. Р. 532 – 541.


Для цитирования:


Бородянский К.Б., Зиниград М.И., Леонтьев Л.И. ИССЛЕДОВАНИЕ МОДИФИКАЦИИ СПЛАВОВ НАНОМАТЕРИАЛАМИ. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2017;60(11):897-903. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-11-897-903

For citation:


Borodyanskiy K.B., Zinigrad M.I., Leont’ev L.I. STUDY OF ALLOYS MODIFICATION BY NANOMATERIALS. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2017;60(11):897-903. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-11-897-903

Просмотров: 240


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)