ВИГОТОВЛЕННЯ ЛИТИХ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ СПЛАВУ AA5056, АРМОВАНИХ BN, ZrO2 і Si3N4

Анотація

Металеві композиційні матеріали з алюмінієвою матрицею (МКМ), отримані методами лиття з перемішуванням, становлять значний інтерес завдяки поєднанню технологічної простоти, відносно низької вартості та можливості масштабованого виробництва виробів зі збалансованими механічними та ливарними характеристиками. Для сплавів системи Al–Mg, зокрема AA5056, підвищений вміст магнію створює сприятливі умови для змочування дис- персних частинок та реалізації механізмів дисперсійного і структурного зміцнення. У роботі проведено порівняльне дослідження впливу трьох типів армувальних фаз — BN, ZrO₂+BN та Si₃N₄ — на формування мікроструктури, пористість, текучість і механічні властивості литих композитів на основі AA5056, отриманих за однакових умов лиття з перемішуванням. Показано, що введення 2 мас.% дисперсних частинок у розплав призводить до суттєво різних ефектів, ізумовлених як бар’єрною дією частинок на ріст дендритів, так і можливими міжфазними взаємодіями. Найбільш виражений позитивний ефект встановлено для нітриду бору: спостерігається істотне подрібнення зерна, вирівнювання розподілу легувальних елементів у мікрооб’ємі та формування більш однорідної структури. Це супроводжується одночасним підвищенням межі міцності при розтягу та пластичності, що свідчить про ефективне поєднання механізмів зміцнення без крихкого руйнування. Для гібридної системи ZrO₂+BN характерні менш виражені структурні зміни зі збереженням дендритної морфології та частковою агломерацією частинок, що обмежує ефективність модифікування. Водночас така композиція демонструє компроміс між міцністю, пластичністю та текучістю, що є важ- ливим для виготовлення литих виробів. Додавання Si₃N₄ забезпечує підвищення міцності за рахунок подрібнення зерна та можливих локальних міжфазних реакцій, однак супроводжується зниженням пластичності внаслідок концентрації напружень та ймовірного утворення крихких продуктів взаємодії, таких як інтерфейсні нітридні та кремнієві фази. У результаті встановлено закономірності формування структури та властивостей литих МКМ на основі AA5056 залежно від природи армувальної фази. Вони полягають у переважанні міжзеренного зміцнення та зниженні мікросегрегації для BN, структурній неоднорідності для гібридної системи та можливих міжфазних реакціях для Si₃N₄. Отримані результати можуть бути використані для оптимізації складу і технологічних параметрів з метою досягнення необхідного балансу між механічними та ливарними характеристиками матеріалів.