Марк Леонтьевич Хазин – д.т.н., профессор кафедры эксплуатации горного оборудования
Россия, 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30
Mark L. Khazin – Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Mining Equipment Operation
30 Kuibysheva Str., Ekaterinburg 620144, Russia
Рафаил Абдрахманович Апакашев – д.х.н., профессор кафедры химии
Россия, 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30
Rafail A. Apakashev – Dr. Sci. (Chem.), Professor, Department of Chemistry
30 Kuibysheva Str., Ekaterinburg 620144, Russia
Виталий Егорович Адас – ст. преподаватель кафедры эксплуатации горного оборудования
Россия, 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30
Vitalii E. Adas – Senior Lecturer, Department of Mining Equipment Operation
30 Kuibysheva Str., Ekaterinburg 620144, Russia
Представлены результаты исследования структуры и физико-механических свойств дисперсно-упрочненных композиционных материалов на основе алюминия с различным содержанием упрочняющей фазы ZrC, полученных методом порошковой металлургии. Согласно картам распределения химических элементов наполнителя и значениям твердости, частицы карбида циркония распределены в матрице равномерно. Изучено влияние времени перемешивания (от 1 до 2 ч) и усилия прессования (от 636 до 1910 МПа) на плотность, пористость и свойства образцов. С повышением количества частиц карбида циркония механические свойства композита улучшаются. Отмечена корреляция плотности, пористости, твердости и прочности композитов. Показано, что увеличение времени спекания практически не оказало влияния на плотность и пористость образцов. После спекания твердость образцов уменьшается вследствие отжига. Кроме того, скопления частиц ZrC на границах зерен могут ослабить химическую связь между алюминием и материалом наполнителя. В исследуемых композитах упрочнение происходит за счет следующих механизмов: передача активной нагрузки от матрицы к арматуре; усиления Орована; возникновение внутренних термических напряжений из-за разницы в коэффициентах теплового расширения между армирующими частицами и фазой матрицы. Эффективная передача нагрузки между пластичной матрицей и частицами жесткой керамической арматуры при испытаниях на сжатие происходит при наличии хорошего межфазного контакта между матрицей и арматурой. Взаимодействие между дислокациями и армирующими частицами увеличивает прочность композиционных материалов в соответствии с механизмом Орована. Благодаря наличию в матрице дисперсных частиц армирования, при взаимодействии дислокаций с армирующими частицами образуются дислокационные петли.
This study examines the structure and mechanical properties of aluminum-matrix composites (AMCs) with varying contents of the ZrC reinforcing phase, produced by powder metallurgy. Elemental mapping together with hardness measurements indicate a uniform distribution of ZrC particles in the matrix. The effects of mixing time (1–6 h), compaction pressure (636–1910 MPa), and sintering time (1–2 h) on density, porosity, and properties were investigated. With increasing ZrC content, the composite’s mechanical properties improve, and correlations among density, porosity, hardness, and strength are observed. An increase in sintering time has little effect on density and porosity; after sintering, hardness decreases due to annealing. Local agglomeration of ZrC at grain boundaries may weaken interfacial bonding between aluminum and the reinforcement. Strengthening arises from load transfer, Orowan strengthening, and thermally induced dislocations due to the coefficient-of-thermal-expansion mismatch between the particles and the matrix. Efficient load transfer during compression testing requires good particle–matrix interfacial contact; dislocation–particle interactions generate Orowan loops, contributing to the observed strengthening.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.