Исследование влияния количества упрочняющей фазы дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе алюминия на закономерности процесса разрушения

Представлены результаты исследования сопротивления разрушению при статическом растяжении литых дисперсноупрочненных композиционных материалов на основе алюминия с различным содержанием упрочняющей фазы Al₂O₃. Изучаемые материалы изготовлены по принципиально новой технологии, которая основана на процессе выгорания расплава алюминия при взаимодействии с кислородом или кислородно-азотной смесью. Фрактографические картины поверхностей статического разрушения изучались на образцах, разрушившихся при максимальных значениях напряжения. Установлено, что образцы с низким содержанием Al₂O₃ имеют чисто вязкий характер разрушения, состоящий преимущественно из одной волокнистой зоны. С повышением количества твердой фазы в 2 раза на фрактограмме появляется радиальная зона, а при увеличении Al₂O₃ в 3 раза наблюдается чередование вязкого разрушения по механизму отрыва и сдвига с проявлениями хрупкого разрушения сколом. Анализ профилограмм изломов образцов, содержащих 10 и 30 % включений твердой фазы, не выявил резкого перепада рельефа поверхности, но при этом обнаружен совершенно различный характер разрушения. Однако и в том и в другом случаях вид профилограмм не выражен какими-либо резкими скачками рельефа и экстремальными значениями профиля, что дает возможность утверждать о стабильности процессов разрушения. Этого нельзя сказать о разрушении образца с 20 % Al₂O₃, в котором наблюдается довольно сильный единоразовый перепад. С помощью оптической микроскопии выявлены особенности изменения рельефа поверхности разрушения и различия по месту расположения и количеству очагов зарождения трещин в исследованных образцах.

1. Agureev L.E., Kostikov V.I., Eremeeva Zh.V., Barmin A.A., Savushkina S.V., Ivanov B.S. Aluminum composites with small nanoparticles additions: Corrosion resistance. Mech., Mater. Sci. Eng. J. 2016. No. 2. Р. 23—28.

2. Агуреев Л.Е., Ризаханов Р.Н., Бармин А.А., Савушкина С.В., Рудштейн Р.И. Дисперсно-упрочненный композиционный материал на основе алюминиевой матрицы и способ его получения: Пат. 2595080 (РФ). 2015.

3. Agureev L.E., Kostikov V.I., Rizakhanov R.N., Eremeeva Zh.V., Barmin A.A., Savushkina S.V., Ashmarin A.A., Ivanov B.S., Rudshtein R.I. Aluminum powder composites reinforced by oxide nanoparticles used as microadditives. Int. J. Nanomech. Sci. Technol. 2014. Vol. 5. No. 3. P. 201—211.

4. Белов Н.А., Белов В.Д., Алабин А.Н., Мишуров С.С. Экономнолегированные алюминиевые сплавы нового поколения. Металлур2010. No. 5. С. 62—66.

5. Курганова Ю.А., Чернышова Т.А., Кобелева Л.И., Курганов С.В. Эксплуатационные характеристики алюмоматричных дисперсно-упрочненных композиционных материалов и перспективы их использования на современном рынке кострукционных материалов. Металлы. 2011. No. 4. С. 71—75.

6. Mitra R., Mahagan Y.R. Interfaces in discontinuously reinforced metal matrix composites: an overview. Bull. Mater. Sci. 1995. Vol. 18. No. 4. P. 405—434.

7. Hosking F.M, Portillo F., Wunderlin R., Mehrabian R. Composites of aluminum alloys; fabrication and wear behavior. J. Mater. Sci. 1982. Vol. 17. No. 2. P. 477—498.

8. Rohatgi P. Cast aluminum matrix composites for automotive applications. JOM. 1991. Vol. 43. No. 4. P. 10—16.

9. Goswami R.K., Dhar A., Srivastava A.K., Gurta A.K. Effect of deformation and ceramic reinforcement on work hardening behavior of hot extruded 2124 Al—SiC metal matrix composites. J. Compos. Mater. 1999. Vol. 33. No. 13. P. 1160—1172.

10. Olmos L., Martin C.L., Bouvard D. Sintering of mixtures of powders: experiments and modelling. Powder Technol. 2009. Vol. 190. P. 134—140.

11. Chen Z., Takeda T., Ikeda K., Murakami T. The influence of powder particle size on microstructural evolution of metal-ceramic composite. Scripta Matter. 2000. Vol. 43. P. 1103—1109.

12. Sebo P., Kavecky S., Stefanik P. Wettability of zirconia-coated carbon by aluminium. J. Mater. Sci. Lett. 1994. Vol. 13. P. 592—593.

13. Muolo M.L., Passerone V.A., Passerone D. Oxygen influence on ceramics wettability by liquid metals Ag/α-Al2O3-Experiments and Modelling. Mater. Sci. Eng. 2008. Vol. 3(495). P. 153—158.

14. Liu Y. B., Lim S. C., Lu L., Lai M.O. Recent development in the fabrication of metal matrix-particulate composites using powder metallurgy techniques. J. Mater. Sci. 1994. Vol. 29. P. 1999—2007.

15. Moyal J.S., Lopez-Esteban S., Pecharroma’n C. The challenge of ceramic/metal microcomposites and nanocomposites. Progress in Mater. Sci. 2007. Vol. 52. P. 1017—1090.

16. Горбунов П.З., Галь В.В. Перспективные дисперсно-упрочненные композиционные материалы. Производственно-технический опыт. 1993. No. 1-2. С. 81—84.

17. Kablov E.N., Ospennikova O.G., Lomberg, B.S. Strategic trends of development of structural materials and technologies of their processing for modern and future aircraft engines. Paton Welding J. 2013. No. 11. P. 23—32.

18. Романов А.Д., Чернышов Е.А., Мыльников В.В., Романова Е.А. Разработка технологии получения композиционного материала на основе алюминия. Междунар. журн. прикл. и фунд. исследований. 2014. No. 12-2. С. 176—179.

19. Чернышов Е.А., Лончаков С.З., Романов А.Д., Мыльников В.В., Романова Е.А. Исследование микроструктуры алюмоматричного дисперсно-наполненного литого композиционного материала, полученного методом внутреннего окисления. Перспект. материалы. 2016. No. 9. С. 78—83.

20. Чернышов Е.А., Мыльников В.В., Романов А.Д., Романова Е.А. Разработка технологии получения алюмоматричного дисперстно-наполненного литого композиционного материала с контролем размеров фаз упрочнения. Сб. матер. VI Междунар. конф. «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» (Москва, 10—13 ноября 2015 г.). М.: ИМЕТ РАН, 2015. С. 667—669.

21. Чернышов Е.А., Мыльников В.В., Романов А.Д., Романова Е.А. Разработка метода получения литых многокомпонентных систем с заданным размером и распределением неметаллических упрочняющих частиц. Современные проблемы науки и образования. 2014. No. 6. С. 324.

22. Khedera A.R.I., Marahleh G.S., Al-Jamea D.M.K. Strengthening of aluminum by SiC, Al2O3 and MgO. Jordan J. Mech. Industr. Eng. 2011. Vol. 5. No. 6. Р. 533—541.