Вплив термічного оброблення на мікроструктуру та механічні властивості стопу AlSi10Mg, виготовленого за адитивною та ливарною технологіями

А. П. Бурмак$^{1}$, М. М. Ворон$^{1,2}$, С. М. Волошко$^{1}$, C. І. Сидоренко$^{1}$, І. А. Владимирський$^{1}$, С. І. Конорев$^{1}$, Б. М. Мордюк$^{3}$, М. О. Васильєв$^{3}$

$^{1}$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Берестейський, 37, 03056 Київ, Україна
$^{2}$Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 34/1, 03142 Київ, Україна
$^{3}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 21.08.2024; остаточний варіант - 22.11.2024. Завантажити: PDF

Проаналізовано вплив термічного оброблення (за температури, дещо нижчої за евтектичну) на мікроструктуру, фазовий склад і механічні властивості адитивно виготовленого (селективним лазерним топленням — СЛТ) стопу AlSi10Mg та його литого аналога (ЛВ). Відлиті й адитивно виготовлені зразки відпалювалися за температури у 520°C упродовж 6 годин з подальшим пічним охолодженням та упродовж 1,5 годин із гартуванням у воду й наступним природнім або штучним старінням за температури у 150°С упродовж 10 годин. Результати засвідчують значні зміни мікроструктури (наприклад, розміру та морфології евтектично-кремнійової фази), фазового складу й еволюції механічних властивостей термічно оброблених матеріялів порівняно з адитивно виготовленими та литими. Крім того, мікроструктура та мікромеханічні властивості матеріялів значною мірою залежать від технології виготовлення — лиття й адитивного виробництва. Згадані режими термічного оброблення й умов охолодження (пічне, гартувальне, повітряне) безпосередньо впливають на морфологію евтектичного кремнію та кількість зміцнювальних фаз Mg2Si, Al15(Fe,Mn)3Si2, FeAl3Si2, як у литих матеріялах, так і в матеріялах, виготовлених адитивно. Починаючи з суцільної мережі евтектичного Si відбувається його фраґментація, формування включень різної геометричної форми з наступною сфероїдизацією цих включень. Частинки Si в термічно обробленому СЛТ-стопі є більш дрібними та додатково сфероїдизованими порівняно з термічно обробленим литим матеріялом. Результати цього дослідження уможливлюють контролювати механічні властивості стопу AlSi10Mg шляхом вибору технології виробництва та відповідного режиму термічного оброблення. Для зразка СЛТ у вихідному стані характерне найвище значення мікротвердости у 1,38 ГПа, яке зменшується до 0,55 ГПа після відпалу та зростає до 1,12 ГПа після гартування й штучного старіння; для ЛВ-стопу вихідне значення мікротвердости у 0,76 ГПа після аналогічних режимів оброблення спочатку дещо зменшується до 0,74 ГПа, після чого зростає до 1,08 ГПа.

Ключові слова: AlSi10Mg, адитивне виробництво, селективне лазерне топлення, ливарне виробництво, термооброблення, мікроструктура, фазовий склад, механічні властивості.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v47/i08/0827.html

PACS: 61.72.Ff, 62.20.Qp, 62.80.+f, 68.60.Bs, 68.70.+w, 81.40.Ef, 81.70.Jb


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. B. Li, H. Wang, J. Jie, and Z. Wei, Mater. Design, 32, Iss. 3: 1617 (2011).
  2. P. Fathi, M. Mohammadi, X. Duan, and A. M. Nasiri, J. Mater. Processing Technol., 259: 1 (2018).
  3. S. D. McDonald, K. Nogita, and A. K. Dahle, Acta Mater., 52: 4273 (2004).
  4. M. Srivastava, S. Rathee, S. Maheshwari, and T. K. Kundra, Additive Manufacturing: Fundamentals and Advancements (Boca Raton: CRC Press: 2019).
  5. Y. Chabak, B. Efremenko, I. Petryshynets, V. Efremenko, A. G. Lekatou, V. Zurnadzhy, I. Bogomol, V. Fedun, K. Koval’, and T. Pastukhova, Mater., 14, Iss. 24: 7671 (2021).
  6. M. O. Vasylyev, B. M. Mordyuk, and S. M. Voloshko, Progress in Physics of Metals, 24, No. 1: 38 (2023).
  7. M. O. Vasylyev, B. M. Mordyuk, S. M. Voloshko, and P. O. Gurin. Progress in Physics of Metals, 23, No. 2: 337 (2022).
  8. T. Ghidini, L. Pambaguian, and S. Blair, European Space Agency Bulletin, 163: 24 (2015).
  9. N. Read, W. Wang, K. Essa, and M. M. Attallah, Mater. Design, 65: 417 (2015).
  10. G. Maculotti, G. Genta, M. Lorusso, and M. Galetto, Key Eng. Mater., 813: 171 (2019).
  11. D. Manfredi, F. Calignano, M. Krishnan, R. Canali, E. P. Ambrosio, S. Ugues, M. Pavese, and P. Fino, Light Metal Alloys Applications (Ed. W. A. Monteiro) (IntechOpen: 2014), p. 3.
  12. S. I. Shakil, A. Hadadzadeh, B. Shalchi Amirkhiz, H. Pirgazi, M. Mohammadi, and M. Haghshenas, Results in Materials, 10: 100178 (2021).
  13. S. M. Voloshko, B. M. Mordyuk, M. O. Vasylyev, V. I. Zakiyev, A. P. Burmak, and N. V. Franchik, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 45, No. 2: 217 (2023) (in Ukrainian).
  14. M. O. Vasylyev, S. I. Sidorenko, S. M. Voloshko, and T. Ishikawa, Progress in Physics of Metals, 17, No. 3: 209 (2016).
  15. L. S. Fomenko, A. V. Rusakova, S. V. Lubenets, and V. A. Moskalenko, Low Temperature Phys., 36: 645 (2010).
  16. Yu. V. Mil'man, A. N. Slipenyuk, V. V. Kuprin, and D. V. Kozyrev, Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki, No. 4: 85 (2011) (in Russian).
  17. O. V. Byakova, O. I. Yurkova, Yu. V. Mil’man, and O. V. Bilotskyy, Teoretychni Osnovy i Metody Vyznachennya Mekhanichnykh Vlastyvostey Materialiv ta Pokryttiv pry Indentuvanni na Makro- ta Mikrorivnyakh [Theoretical Foundations and Methods for Determining the Mechanical Properties of Materials and Coatings During Indentation at Macro- and Micro-Levels] (Kyiv: Harant SERVIS: 2011) (in Ukrainian).
  18. A. P. Burmak, S. M. Voloshko, B. M. Mordyuk, M. O. Vasylyev, V. I. Zakiyev, M. M. Voron, and P. O. Huryn, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 45, No. 7: 909 (2023).
  19. The Aluminium Automotive Manual, Materials—Designation System.
  20. L. Lu, K. Nogita, and A. K. Dahle, Mater. Sci. Eng. A, 399, Iss. 1–2: 244 (2005).
  21. W. Li, S. Li, J. Liu, A. Zhang, Y. Zhou, Q. Wein, C. Yann, and Y. Shi, Mater. Sci. Eng. A, 663: 116 (2016).
  22. F. Alghamdi, X. Song, A. Hadadzadeh, B. Shalchi-Amirkhiz, M. Mohammadi, and M. Haghshenas, Mater. Sci. Eng. A, 783: 139296 (2020).
  23. L. J. Colley, M. A. Wells, and W. J. Poole, Canadian Metall. Quarterly 53 (2): 125–137 (2014).
  24. E. Ogris, Development of Al–Si–Mg Alloys for Semi-Solid Processing and Silicon Spheroidization Treatment (SST) for Al–Si Cast Alloys (Disser. for Dr. Techn. Sci.) (Zurich: Swiss Federal Institute of Technology Zurich: 2002).
  25. M. Haghshenas, A. Zarei-Hanzaki, and M. Jahazi, Mater. Characterization, 60, Iss. 8: 817 (2009).
  26. X. Liu, B. Beausir, Y. Zhang, W. Gan, H. Yuan, F. Yu, C. Esling, X. Zhao, and L. Zuo, J. Alloys Compd., 730: 208 (2018).
  27. Le Zhou, A. Mehta, E. Schulz, B. McWilliams, K. Cho, and Y. Sohn, Mater. Characterization, 143: 5 (2018).
  28. A. E. W. Jarfors, H. Keife, and T. Antonsson, J. Mater. Processing Technol., 127, Iss. 2: 159 (2002).