Исследование влияния высокодисперсной фазы карбида титана на физико-механические свойства сплавов АМ4,5Кд и АК10М2Н

Рассмотрены примеры создания и термической обработки композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов, упрочненных дисперсной фазой карбида титана, обладающих высокими твердостью и модулем упругости, хорошей смачиваемостью расплавом. Отмечено, что в настоящее время наиболее доступным и эффективным способом их получения является самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС).

Показана возможность получения новых алюмоматричных композиционных материалов на основе промышленных алюминиевых сплавов АМ4,5Кд и АК10М2Н путем их армирования высокодисперсным карбидом титана (10 мас. %). Армирующая фаза образована в расплавах сплавов по технологии СВС из исходных элементных компонентов – порошков титана и технического углерода. На полученных образцах была произведена оценка равномерности распределения керамической фазы по объему матричных сплавов, которая составила 0,15 и 0,12 для образцов АМ4,5Кд – 10%TiC и АК10М2Н – 10%TiC соответственно, что можно отнести к высокой степени равномерности. Произведена оценка физических свойств: пористости, плотности, электропроводности, а также коэффициента термического линейного расширения. Анализ полученных данных показал, что полученные композиционные материалы обладают несколько большей плотностью (на ~4%), чем матричные сплавы, что связано с наличием керамической фазы, низкими значениями пористости (~1%), более низким ТКЛР (на ~6%), чем матричные сплавы, и низким уровнем электропроводности (~25% IACS). Представлены значения механических свойств композиционных материалов АМ4,5Кд – 10%TiC и АК10М2Н – 10%TiC.

Показано, что армирование керамической фазой способствует значительному приросту твердости – на 15 и 42 НВ, а также более высоким значениям предела текучести при сжатии – на 31 и 17 МПа соответственно при сохранении высокого уровня относительной деформации. Полученные результаты свидетельствуют, что разработанные композиционные материалы могут быть рекомендованы к применению для изделий, работающих в условиях повышенных температур и значительного износа.

1. Тарасов Ю. М., Антипов В. В. Новые материалы ВИАМ − для перспективной авиационной техники производства ОАО «ОАК» // Авиационные материалы и технологии. – 2012. – № 2. – С. 5–6.

2. Амосов А. П., Луц А. Р., Латухин Е. И., Ермошкин А. А. Применение процессов СВС для получения in-situ алюмоматричных композиционных материалов, дискретно армированных наноразмерными частицами карбида титана. Обзор // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2016. – № 1. – С. 39–49.

3. Аксенов А. А. Оптимизация состава и структуры композиционных материалов на алюминиевой и медной основе, получаемых жидкофазными методами и механическим легированием // Дис. ... д-ра техн. наук, 2007. – 390 с.

4. Курганова Ю. А. Разработка и применение дисперсно упрочненных алюмоматричных композиционных материалов в машиностроении // Дис. ... д-ра техн. наук, 2008. – 285 с.

5. Луц А. Р., Амосов А. П., Латухин Е. И., Ермошкин А. А. Армирование сплава Al–5%Cu наночастицами карбида титана методом СВС в расплаве // Известия Самарского научного центра РАН. – 2017. – Т. 19, № 1 (3). – С. 529–535.

6. Луц А. Р., Шерина Ю. В., Амосов А. П., Качура А. Д. Жидкофазное получение методом СВС и термическая обработка композитов на основе алюминиево-магниевых сплавов, упрочненных высокодисперсной фазой карбида титана // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2023. – Т. 59, № 4. – С. 70–86.

7. Березовский В. В., Шавнев А. А., Ломов С. Б., Курганова Ю. А. Получение и анализ структуры дисперсно упрочненных композиционных материалов системы SiC с различным содержанием армирующей фазы // Авиационные материалы и технологии. – 2015. – № 6. – С. 17–23.

8. Калашников И. Е. Развитие методов армирования и модифицирования структуры алюмоматричных композиционных материалов // Дис. ...д-ра техн. наук, 2011. – 428 с.

9. Pan S., Wang T., Jin K., Cai X. Understanding and designing metal matrix nanocomposites with high electrical conductivity: a review // Journal Materials Science. – 2022. – № 57. – Р. 6487–6652.

10. Няфкин А. Н. Шавнев А. А., Курбаткина Е. И., Косолапов Д. В. Исследование влияния размера частиц карбида кремния на температурный коэффициент линейного расширения композиционного материала на основе алюминиевого сплава // Труды ВИАМ. – 2020. – №2 (86) . – С. 41–49.

11. Алаттар А. Л. А. Формирование повышенных теплофизических свойств конструкционных материалов системы Al–Cu // Дис. ... канд. техн. наук, 2022. – 110 с.

12. Михеев Р.С. Разработка износостойких дисперсно-наполненных композиционных материалов и покрытий из них // Дис. ... канд. техн. наук, 2010. – 202 с.

13. Рыбаков А. Д. Применение различных форм углерода для СВС высокодисперсного карбида титана в расплаве при получении алюмоматричных композиционных материалов // Дис. ... канд. техн. наук, 2021. – 186 с.

14. Способ оценки и визуализации неоднородности микроструктуры материалов / Д. В. Жуков и др // Технология металлов. – 2023. – № 4. – С. 30–37.

15. Прусов Е. С. Развитие научных основ создания литых комплексно-армированных алюмоматричных композиционных материалов для отливок ответственного назначения // Дис. ... д-ра техн. наук. – Нижний Новгород, 2023. – 365 с.

16. Bagliuk G. Hot forging of P/M metal matrix composites // Advanced forming technologies and nanostructured materials. – 2014. – V. 2. – Р. 20–21.

17. Баглюк Г. А. Вплив технологічної схеми виготовлення на характер анізотропії і пружні властивості гарячештампованих порошкових алюоматричних композитів // Наукові нотатки. – 2016. – Вип. 54. – С. 20–27.

18. Мостафа А. Л. М. Структуру и свойства композитов на основе алюминия с низким коэффициентом термического расширения // Дис. ... канд. техн. наук. – МИСиС, 2018. – 113 с.

19. Бобылев С. В., Гуткин М. Ю., Шейнерман А. Г. Предел текучести композитов «металл – графен» с однородной и бимодальной зеренной структурой // Известия РАН. Механика твердого тела. – 2020. – № 1. – С. 28–40.