Obrabotka Metallov 2020 Vol. 22 No. 2

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 22 No. 2 2020 131 MATERIAL SCIENCE Введение Интерес к композитам , имеющим матрицу на основе сплава алюминия с дискретным армиро - ванием в виде частиц ( в зарубежной литерату - ре принято называть particulates) или коротких волокон « усов » (whiskers) из карбида кремния , постоянно возрастает , в том числе в связи с применением их в качестве конструкционных материалов . Причина армирования карбидом кремния сплавов алюминия связана с возмож - ностью повышения предела прочности , модуля упругости , износостойкости и уменьшения ко - эффициента теплового расширения . Выбор алю - моматричных композитных материалов , подхо - дящих для применения в той или иной сфере , во многом зависит от технологии получения такого композитного материала , используемого матричного сплава , процентного содержания и типа армирующей фазы , а также проведения до - полнительной термо / деформационно - термиче - ской обработки , влияющих на теплофизические и механические свойства [1–7]. Достаточно пол - ная информация о сферах применения , способах производства материалов подробно изложена в работе Miracle D.B. [8]. Можно выделить две принципиально разные технологии изготовле - ния композитных заготовок : жидкофазную и порошковую . При добавлении частиц в расплав верхний предел объемного содержания частиц обычно составляет около 20 %, поскольку при таком содержании армирующей фазы достига - ется максимальная прочность более 500 МПа и модуль Юнга 100 ГПа . Для формованных мате - риалов из порошков предел содержания частиц составляет приблизительно 13…15 об .% [9]. После перемешивания и спекания между части - цами SiC и гранулами матричного сплава , как правило , формируются слабые внутренние адге - зионные связи , что приводит к низкой пластич - ности композитного материала [10]. Последу - ющая термообработка приводит к повышению значений твердости за счет снижения пористо - сти , а старение дополнительно увеличивает эти значения [11]. Однако термообработка принци - пиально не меняет структуру материала и тем самым не улучшает деформируемость [12]. Тем не менее использование специальных сплавов и применение дополнительной деформационной обработки позволяет получить мелкозернистую структуру матрицы , вследствие чего достига - ются высокая прочность ( до 760 МПа ) и модуль Юнга ( до 125 ГПа ), а также снижается коэф - фициент линейного расширения ( примерно до 17 · 10 –6 ° С –1 ) [9]. В работе [13] также отмечено , что использование метода порошковой металлур - гии обеспечивает хорошую смачиваемость между матрицей и армирующими частицами и предот - вращает образование любых нежелательных фаз . Современные тенденции развития компо - зиционных материалов на основе сплавов алю - миния , дискретно упрочненных SiC, и их при - менение в промышленности обусловливают потребность углубления знаний об эксплуата - ционной пригодности и открытие возможных инноваций в технологических процессах изго - товления изделий [14]. Стремление к распро - странению алюмоматричных композитов в ка - честве конструкционных материалов привело к необходимости изучения их деформационного поведения в широком диапазоне температур . Данная тематика исследований обусловлена комплексом причин , касающихся как стадии из - готовления деталей , так и их эксплуатации . Про - цессы обработки давлением алюмоматричных композитов позволяют минимизировать финиш - ную обработку заготовок , при которой проис - ходит быстрый износ режущего инструмента . Кроме того , правильно назначенные термомеха - нические режимы обработки давлением позво - ляют существенно изменять структуру матери - ала , что приводит к улучшению механических свойств продукта . Однако у каждого конкрет - ного материала проявляется сложное деформа - ционное поведение с крайне ограниченным за - пасом пластичности [15–24]. Для достижения высоких степеней деформации без разрушения требуется подбирать особые температурно - ско - ростные условия , близкие к сверхпластическо - му состоянию . После изготовления продукции с точки зрения эксплуатационной пригодности важно иметь возможность прогнозировать пове - дение материала в различных условиях . Напри - мер , благодаря низкому коэффициенту линей - ного расширения алюмоматричные композиты потенциально предназначены для применения в условиях высоких температур длительное вре - мя . Поэтому неотъемлемой частью оценки проч - ностных характеристик являются исследования на ползучесть .