CC BY
23НОВЫЕ АЛЮМОМАТРИЧНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ СПЛАВЫ ДЛЯ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Летягин Н.В., Акопян Т. К., Шуркин П.К.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия [email protected], п[email protected]
В процессе селективного лазерного плавления (СЛП) скорость охлаждения слоя расплавленного порошка может превышать 10-4-К/с, что позволяет реализовать значительное отклонение от равновесного состояния и получить сверхтонкую микроструктуру с уникальными параметрами, которые определяют конечные механические свойства после синтеза [1, 2]. Данные характеристики процесса интересны с точки зрения разработки новых алюмоматричных композиционных сплавов. В частности, особый интерес представляет изучение эвтектических композиций, зарекомендовавших себя своей технологичностью, и заэвтектических композиций, которые позволяют получить максимальную долю армирующих интерметаллических фаз, содержащих, исходя из последних трендов, кальций, никель, РЗМ и обладающих высокими механическими свойствами, термостабильностью [3, 4, 5].
В данной работе, исследован фазовый состав в системах Al-Ca-Ni-Mn, Al-Ca-La-Mn с помощью термодинамических расчетов (программное обеспечение Thermo-Cale) и изучена микроструктура сплавов методами электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа. На основе экспериментальных данных показана эволюция микроструктуры, прочностных свойств данных сплавов в литом состоянии при скоростях охлаждения в диапазоне 0,1-100 К/с и при скоростях достигаемых методом селективного лазерного плавления.
Результаты эксперимента показывают, что микроструктура перспективных сплавов в литом состоянии состоит из ультратонкой эвтектики (толщина частиц около 100-300 Нм) и первичных кристаллов AI9CaNi и А111СаМп2 с размерами около 50 мкм соответственно (Рис.1), образующихся при скоростях охлаждения -30 К/с. Расчетный количественный анализ фазового состава сплавов при различных концентрациях Са, La и Ni показал, что в выбранных концентрационных диапазонах общее количество интерметаллических фаз превышает 20 об. %, что позволяет отнести данные сплавы к натуральным алюминиевым композитам. Экспериментальные сплавы демонстрируют равную склонность к горячеломкости, близкую к уровню сплавов типа заэвтектических А339, содержащих сопоставимое количество эвтектических фаз.
а) б) в)
Рисунок 1 - Микроструктура сплава А1-Са-1_а-Мп в литом состоянии (а); порошок полученный путем размола (б); панорама трека из сплава А1-Са-1_а-Мп (в).
В итоге, рассмотренные алюмоматричные композиты перспективны в качестве материала для исследований в области аддитивного производства, что подтверждается микроструктурой и свойствами образцов, полученных по методу "single track".
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (Проект № 19-79-30025).
1. Rao Н., Giet S., Yang К., Wu X., Davies Chris H.J. The influence of processing parameters on aluminium alloy A357 manufactured by Selective Laser Melting. Materials & Design. 2016.109. 334-346.
2. Tang M., Pistorius P.C., Narra S., Beuth J.L Rapid Solidification: Selective Laser Melting of AISHOMg. JOM. 2016. 68(3). 960-966.
3. Akopyan Т.К., Belov N.A., Naumova E.A., Letyagin N.V. New in-situ Al matrix composites based on Al-Ni-La eutectic. Materials Letters. 2019. 245. 110-113.
4. Akopyan Т.К., Letyagin N.V., Doroshenko V.V. Al - Ca - Ni - Ce-based aluminum matrix composites hardened with L12 phase nanoparticles without quenching. Tsvetnye Metally. 2018. 12. 56-62.
5. Manca D.R., Churyumov A.Yu., Pozdniakov A.V., Prosviryakov A.S. et al. Microstructure and Properties of Novel Heat Resistant Al-Ce-Cu Alloy for Additive Manufacturing. Metals and Materials International. 2019. 25. 633-640.
