Вплив відпалу на коефіцієнт термічного розширення спечених матеріялів Al–Si–Ni й Al–TiC

В. В. Каверінський$^{1}$, Г. А. Баглюк$^{1}$, С. Ф. Кирилюк$^{1}$, З. П. Сухенко$^{1}$, І. М. Кір'ян$^{2}$, О. Д. Рудь$^{2}$

$^{1}$Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, вул. Омеляна Пріцака, 3, 03142, Київ, Україна
$^{2}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 09.05.2025; остаточний варіант - 15.10.2025. Завантажити: PDF

У дослідженні проаналізовано вплив температури відпалу на температурну залежність коефіцієнта термічного розширення (КТР) для двох сучасних матеріялів: спеченого стопу Al–Si–Ni та композиту Al–TiC з карбідними частинками, синтезованими in situ. Експерименти виявили значні відмінності у поведінці КТР цих матеріялів після відпалу. Для композиту Al–TiC КТР демонструє залежність від температури типу Арреніюсової, причому відпал спричиняє постійне пониження КТР у всьому дослідженому температурному діяпазоні. Хоча енергія активації, пов’язана із Арреніюсовою залежністю, залишається майже незмінною, значно змінюється передекспоненційний множник, що вказує на структурні та мікроструктурні трансформації. Аналіза за допомогою дифракції X-променів показала, що з підвищенням температури відпалу зменшується розмір кристалітів, особливо у карбідній фазі, що корелює зі спостережуваним пониженням КТР. Стоп Al–Si–Ni показав складнішу реакцію на відпал. Відпал за температури у 420°C незначно збільшив КТР за вищих температур міряння (> 100°C), тоді як відпал за 550°C спричинив помітне зростання КТР за нижчих температур і привів до стабільної, майже лінійної залежности КТР від температури. Розмір кристалітів у стопі збільшувався після відпалу, що узгоджується зі зростанням КТР. Ці результати підкреслюють ключову роль мікроструктурних змін, спричинених відпалом, у реґулюванні властивостей термічного розширення стопів на основі алюмінію. Розуміння цих механізмів дає змогу вдосконалювати матеріяли для застосувань, що потребують високої термічної стабільности.

Ключові слова: коефіцієнт теплового розширення, спечені алюмінійові стопи, алюмінійові матричні композити, відпал, структура, розмір кристалітів.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v48/i05/0463.html

PACS: 61.05.cp, 61.66.Dk, 61.72.Dd, 61.72.Ff, 65.40.De, 81.20.Ev, 81.40.Ef


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. O. E. Osintsev, Met. Sci. Heat Treat., 40: 172 (1998) (in Russian).
  2. Z. Ahmad, Aluminium Alloys: New Trends in Fabrication and Applications (IntechOpen: 2012).
  3. V. V. Vasenyev, Razrabotka Kompozitsionnogo Materiala na Osnove Sistemy Al–Si–Ni s Nizkim Koeffitsientom Lineynogo Rasshireniya i Tekhnologii Izgotovleniya Izdeliya Raketno-Kosmicheskoy Tekhniki [Development of a Composite Material Based on the Al–Si–Ni System with a Low Coefficient of Linear Expansion and Manufacturing Technology for Rocket and Space Equipment] (Thesis of Disser. for Dr. Techn. Sci.) (Moskva: 2017) (in Russian).
  4. E. L. Rooy, Introduction to Aluminum and Aluminum Alloys (ASM International: 1990).
  5. O. E. Osintsev and S. L. Nikitin, Vysokoprochnyye Korrozionnostoykie Liteynyye Alyuminievyye Splavy Sistemy Al–Mg s Povyshennym Soderzhaniem Kremniya [High-Strength, Corrosion-Resistant, Cast Aluminium Alloys of the Al–Mg System with Increased Silicon Content] (Moskva: MATI: 2008) (in Russian).
  6. Temperature Coefficient of Linear Expansion of Steel.
  7. G. V. Samsonov, Handbook of the Physicochemical Properties of the Elements (Springer: 1968).
  8. T. Bedo, B. Varga, D. Cristea, A. Nitoi, A. Gatto, E. Bassoli, G. Bulai, I.-L. Velicu, I. Ghiuta, S. Munteanu, M. A. Pop, C. Gabor, M. Cosnita, L. Parv, and D. Munteanu, Metals, 9, Iss. 5: 483 (2019).
  9. V. V. Kaverinsky, G. A. Bagliuk, S. F. Kyrylyuk, D. G. Verbylo, Z. P. Sukhenko, I. M. Kirian, M. A. Skoryk, and O. D. Rud, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 47, No. 3: 257 (2025).
  10. G. A. Bagliuk, T. O. Monastyrska, V. V. Kaverinsky, V. P. Bevz, V. K. Nosenko, I. M. Kirian, D. L. Pakula, V. V. Kyrylchuk, A. M. Lakhnik, and O. D. Rud, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 45, No. 8: 951 (2023).
  11. J. M. Torralba, C. E. da Costa, and F. Velasco, J. Mater. Process. Technol., 133: 203 (2003).
  12. O. Beffort, S. Long, C. Cayron, J. Kuebler, and P.-A. Buffat, Composites Sci. Technol., 67, Iss. 3–4: 737 (2007).
  13. I. Topcu, H. O. Gulsoy, N. Kadioglu, and A. N. Gulluoglu, J. Alloys Compd., 482: 516 (2009).
  14. K. M. Shorowordi, T. Laoui, A. S. M. A. Haseeb, J. P. Celis, and L. Froyen, J. Mater. Process. Technol., 142, Iss. 3: 738 (2003).
  15. J. C. Viala, M. Peronnet, F. Bosselet, and J. Bouix, Proc. Int. Conf. Compos. Mater. (ICCM-12) (July 5–9, 1999, Paris).
  16. P. Lü, X. Yue, H. Ru, and L. Yu, Rare Metals, 29: 92 (2010).
  17. X. C. Tong and A. K. Ghosh, J. Mater. Sci., 36: 4059 (2001).
  18. S. Mohapatra, A. K. Chaubey, D. K. Mishra, and S. K. Singh, J. Mater. Research Technol., 5, Iss. 2: 117 (2016).
  19. R. S. Rana, P. Rajesh, and S. Das, Int. J. Sci. Eng. Res., 3, No. 6: 1 (2012).
  20. M. O. Shabani and A. Mazahery, Ceram. Int., 39, Iss. 2: 1351 (2013).
  21. A. Onat, H. Akbulut, and F. Yilmaz, J. Alloys Compd., 436: 375 (2007).
  22. C. Selcuk and A. R. Kennedy, Mater. Lett., 60: 3364 (2006).
  23. Y. A. Shishkina, G. A. Bagliuk, A. A. Mamonova, and I. B. Tikhonova, Powder Metall. Met. Ceram., 52: 154 (2013).
  24. M. S. Song, B. Huang, M. X. Zhang, and J. G. Li, Int. J. Refractory Metals Hard Mater., 27, Iss. 3: 584 (2009).
  25. Q. C. Jiang, H. Y. Wang, Y. G. Zhao, and X. L. Li, Mater. Res., 40: 521 (2005).
  26. X. Zhang, X. Zeng, S. Zeng, and Q. Li, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 6: 114 (1996).
  27. Y. A. Shishkina, G. A. Bagliuk, A. A. Mamonova, M. E. Holovkova, and Y. B. Tykhonova, Ceram.: Sci. Life, 31, No. 2: 52 (2016) (in Ukrainian).
  28. Y. O. Shishkina, G. A. Bagliuk, Y. S. Kyryliuk, S. F. Kyryliuk, O. V. Tolochyna, and V. M. Talash, Mater. Sci., 59: 679 (2024).
  29. S. Purush and M. J. Koczak, Mater. Sci. Eng. A, 144: 37 (1991).
  30. V. V. Kaverinsky, G. A. Bagliuk, and Z. P. Sukhenko, J. Mater. Eng. Perform., 33: 9976 (2024).
  31. PyCALPHAD: Computational Thermodynamics.
  32. M. N. Arif, M. Bukhari, D. Brabazon, and M. Hashmi, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 701: 012057 (2019).
  33. B. Harris, Engineering Composite Materials (London: The Institute of Materials: 1999).
  34. Y. Liu, L. Liu, Z. Wu, J. Li, B. Shen, and W. Hu, Scripta Mater., 63, Iss. 4: 359 (2010).
  35. K. Chattrakul, N. Sornsuwit, and P. Muangnoy, Processes, 12: 2464 (2024).
  36. O. Matvienko, O. Daneyko, T. Kovalevskaya, A. Khrustalyov, I. Zhukov, and A. Vorozhtsov, Metals, 11, Iss. 2: 279 (2021).
  37. B. Karthikeyan, S. Ramanathan, and V. Ramakrishnan, Adv. Mater. Research, 264–265: 663 (2011).
  38. S. J. Feltham, B. Yates, and R. J. Martin, Mater. Sci., 17: 2309 (1982).
  39. C.-S. Park, C.-H. Kim, M.-H. Kim, and C. Lee, Mater. Chem. Phys., 88: 46 (2004).
  40. N. Chawla and K. K. Chawla, Metal Matrix Composites (New York: Springer: 2006).
  41. V. Ramakrishnan, A. Ramasamy, P. P. Gupta, and H. Murthy Narayana, Proc. 16th National. Heat Mass Transf. Conf. (Calcutta: 2002), p. 216.