powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2017-1-20-28powder-274Research ArticleТеория и процессы формования и спекания порошковых материаловTheory and Processes of Formation and Sintering of Powder MaterialsСПЕКАНИЕ КАК МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ ПРОЧНЫХ КОМПОЗИТОВ Al–Sn С БОЛЬШИМ СОДЕРЖАНИЕМ ВТОРОЙ ФАЗЫSINTERING AS A METHOD OF PRODUCING HARD AL–SN COMPOSITES WITH A HIGH SECOND PHASE CONTENTРусинН. М.RusinN. M.

канд. техн. наук, ст. науч. сотр. лаборатории физики наноструктурных функциональных материалов

Cand. Sci. (Tech.), senior research associate of Laboratory of Physics of nanostructured functional materials

rusinnm@mail.ruСкоренцевА. Л.SkorentsevA. L.

мл. науч. сотр. той же лаборатории ИФПМ СО РАН, инженер Физико-технического института Национального исследовательского Томского политехнического университета 

junior researcher of Laboratory of Physics of nanostructured functional materials of ISPMS SB RAS, engineer of Institute of Physics and Technology of National Research Tomsk Polytechnic University

skoralexan@mail.ruИнститут физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН, г. ТомскРоссияInstitute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science (ISPMS SB RAS)Russian FederationИнститут физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН, г. Томск Национальный исследовательский Томский политехнический университетРоссияInstitute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science (ISPMS SB RAS) Institute of Physics and Technology of National Research Tomsk Polytechnic UniversitRussian Federation201721032017012028Copyright © НИТУ "МИСИС", 20172017НИТУ "МИСИС"НИТУ "МИСИС"https://powder.misis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://powder.misis.ru/jour/article/view/274

Исследованы структура и механические свойства композитов Al–Sn, полученных жидкофазным спеканием в вакууме смеси порошков алюминия (АСД-4) и олова (ПО2). Спекание сырых брикетов пористостью ~15 % осуществляли при темпера-туре 570–620 °С и времени выдержки от 0,5 до 2,0 ч. Концентрация олова в брикетах увеличивалась с шагом 10 мас.% и достигала 50 мас.%. Установлено, что метод жидкофазного спекания позволяет получать композиты с большим содержанием второй фазы и непрерывной Al-матрицей, способной препятствовать локализации деформации в прослойках мягкой Sn-фазы при внешнем нагружении. Оптимальный режим спекания композитов соответствует температуре 600 °С и выдержке в течение 1 ч. С повышением доли олова связанность алюминиевой матрицы снижается, при этом она остается непрерывной при содержании олова до 50 мас.% (27 об.%). Оценка механических свойств спеченных материалов проводилась путем испытания на сжатие. Прочность полученных спеченных композиционных материалов (КМ) описывается уравнением идеальной смеси: σКМ = σAlfAl + σSnfSn, где σSn – константа, поскольку олово не упрочняется, а значение σAl определяется из кривой сжатия чистого алюминия.

 

 

 

 

The structure and mechanical properties of Al–Sn composites produced by vacuum liquid-phase sintering of a mixture of aluminum (ASD-4) and tin (PО2) powders were studied. Sintering of raw briquettes with a porosity of ~15 % was carried out at a temperature of 570–620°C and a holding time of 0,5 to 2,0 hours. The tin concentration in briquettes was increased by step of 10 wt.% and reached 50 wt.%. It was found that the liquid-phase sintering method makes it possible to produce composites with a high second phase content and a continuous Al-matrix capable to prevent localization of deformation in layers of soft Sn-phase under external loading. The optimal composite sintering mode corresponds to a holding time of 1 hour at a temperature of 600 °C. The increase of tin proportion leads to a decrease of the aluminum matrix binding, wherein the matrix remains continuous when the tin content does not exceed 50 wt.% (27 vol.%). Evaluation of mechanical properties of sintered materials was carried out by the compression test. The strength of produced sintered composite materials (CM) is described by an ideal mixture formula: σКМ = σAlfAl + σSnfSn, where σSn is a constant, because tin is not hardened, and σAl value is determined by the compression curve of pure aluminum.

жидкофазное спеканиеантифрикционные сплавы Al–Snструктурапрочность на сжатиеliquid-phase sinteringAl–Sn antifriction alloysstructurecompression strengthReferencesБуше Н.А., Двоскина В.А., Раков К.М., Гуляев А.С. Подшипники из алюминиевых сплавов. М.: Транспорт, 1974.Bushe N.А., Dvoskina V.A., Rakov K.M., Gulyaev A.S. Podshipniki iz aluminievykh splavov [Bearings of aluminum alloys]. Moscow: Transport, 1974.Русин Н.М., Иванов К.В. Особенности пластического течения порошкового сплава Al—40Sn при экструзии // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2011. No. 2. С. 48—54.Rusin N.M., Ivanov K.V. Osobennosti plasticheskogo techeniya poroshkovogo splava Al—40Sn pri extruzii [Features of plastic flow of powder alloy Al—40Sn during extrusion]. Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya. 2011. No. 2. P. 48—54.Диаграммы состояния двойных металлических систем / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. Т. 1. М.: Машиностроение, 1996.Diagrammy sostoyaniya dvoinykh metallicheskikh sistem [The diagrams of binary metallic systems]. Ed. N.P. Lyakishev. Vol. 1. Moscow: Mashinostroenie, 1996.Straumal B., Molodov D., Gust W. Grain boundary wetting phase transitions in the Al—Sn and Al—Sn—Pb systems // Mater. Sci. Forum. 1996. Vols. 207—209. P. 437—440.Straumal B., Molodov D., Gust W. Grain boundary wetting phase transitions in the Al—Sn and Al—Sn—Pb systems. Mater. Sci. Forum. 1996. Vols. 207—209. P. 437—440.Straumal B., Risser S., Sursaeva V., Chenal B., Gust W. Grain grows and grain boundary wetting phase transitions in the Al—Ga and Al—Sn—Ga alloys of high purity // J. Physique IV France. 1995. Vol. 5. P. 233—241.Straumal B., Risser S., Sursaeva V., Chenal B., Gust W. Grain grows and grain boundary wetting phase transitions in the Al—Ga and Al—Sn—Ga alloys of high purity. J. Physique IV France. 1995. Vol. 5. P. 233—241.Evans E.B., McCormick M.A., Kennedy S.L., Erb U. The effect of inclusion size on grain boundary wetting in A1—Sn alloys // Appl. Phys. A. 1987. Vol. 42. P. 269—272.Evans E.B., McCormick M.A., Kennedy S.L., Erb U. The effect of inclusion size on grain boundary wetting in A1— Sn alloys. Appl. Phys. A. 1987. Vol. 42. P. 269—272.Harris S.J., McCartney D.G., Horlock A.J., Porrin C. Production of ultrafine microstructure in Al—Sn, Al— Sn—Cu and Al—Sn—Cu—Si alloys for use in tribological application // Mater. Sci. Forum. 2000. Vols. 331—337. P. 519—526.Harris S.J., McCartney D.G., Horlock A.J., Porrin C. Production of ultrafine microstructure in Al—Sn, Al— Sn—Cu and Al—Sn—Cu—Si alloys for use in tribological application. Mater. Sci. Forum. 2000. Vols. 331—337. P. 519—526.De Rosa H., Cardús G., Broitman E., Zimmerman R. Structural properties of AlSn thin films deposited by magnetron sputtering // J. Mater. Sci. Lett. 2001. Vol. 20. P. 1365—1367.De Rosa H., Cardús G., Broitman E., Zimmerman R. Structural properties of AlSn thin films deposited by magnetron sputtering. J. Mater. Sci. Lett. 2001. Vol. 20. P. 1365—1367.Kotadia H.R., Patel J.B., Fan Z., Doernberg E., Schmid-Fetzer R. Solidification and processing of aluminum based immiscible alloys // Aluminium alloys: Fabrications, characterization and applications II / Eds. W. Yin, S.K. Das, Z. Long. TMS, 2009. P. 81—86.Kotadia H.R., Patel J.B., Fan Z., Doernberg E., Schmid-Fetzer R. Solidification and processing of aluminum based immiscible alloys. In: Aluminium alloys: Fabrications, characterization and applications II. Eds. W. Yin, S.K. Das, Z. Long. TMS, 2009. P. 81—86.Valizadeh A.R., Kiani-Rashid A.R., Avazkonandeh-Gharavol M.H., Karimi E.Z. The influence of cooling rate on the microstructure and microsegregation in Al—30Sn binary alloy // Metallogr. Microstruct. Anal. 2013. Vol. 2. P. 107—112.Valizadeh A.R., Kiani-Rashid A.R., Avazkonandeh-Gharavol M.H., Karimi E.Z. The Influence of cooling rate on the microstructure and microsegregation in Al—30Sn binary alloy. Metallogr. Microstruct. Anal. 2013. Vol. 2. P. 107—112.German R.M. Powder metallurgy and particulate materials processing. Princeton: Metal Powder Industries Federation, 2005.German R.M. Powder metallurgy and particulate materials processing. Princeton: Metal Powder Industries Federation, 2005.Русин Н.М., Борисов С.С. Макроструктурные характеристики порошковой прессовки после РКУП // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2011. No. 4. С. 25—30.Rusin N.M., Borisov S.S. Makrostrukturnye kharakteristiki poroshkovoi pressovki posle RKUP [Microstructural characteristics of powder compact after ECAP]. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokryti-ya. 2011. No. 4. P. 25—30.Арефьев Б.А., Кулешов В.В., Пановко В.М., Ребров А.В., Савицкая Л.И. Компактирование быстрозакристаллизованного алюминия экструзией // Пластическая деформация конструкционных материалов. М.: Мир, 1988. С. 146—158.Aref’ev B.A., Kuleshov V.V., Panovko V.M., Rebrov A.V., Savitskaya L.I. Kompaktirovanie bystrozakristallizovannogo alyuminiya ekstruziei [Compacting of quickly crystallized aluminum by extrusion]. In: Plasticheskaya deformatsiya konstruktsionnykh materialov [Plastic deformation of structural materials]. Moscow: Mir, 1988. P. 146—158.Чернявский К.С. Стереология в металловедении. М.: Металлургия, 1977.Chernyavskii К.S. Stereologiya v metallovedenii [Stereology in the metal science]. Moscow: Metallurgiya, 1977.Русин Н.М., Скоренцев А.Л., Мишин И.П. Эволюция структуры и свойств композитов Al—Sn при деформации // Перспект. материалы. 2015. No. 6. С. 5—17.Rusin N.M., Skorentsev A.L., Mishin I.P. Evolution of structure and properties of Al—Sn composites under deformation. Inorganic Materials: Applied research. 2015. Vol. 6. No. 5. P. 427—437.Rusin N.M., Skorentsev A.L., Kolubaev E.A. Structure and tribotechnical properties of Al—Sn alloys prepared by the method of liquid-phase sintering // Adv. Mater. Res. 2014. Vol. 1040. P. 166—170.Rusin N.M., Skorentsev A.L., Kolubaev E.A. Structure and tribotechnical properties of Al—Sn alloys prepared by the method of liquid-phase sintering. Adv. Mater. Res. 2014. Vol. 1040. P. 166—170.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.