PhD (Engineering), Associate Professor, assistant professor of V.M. Finkel Chair of Natural Sciences
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля
graduate student of Chair of Materials Science, Foundry and Welding Production
магистрант кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства
PhD (Engineering), assistant professor of V.M. Finkel Chair of Natural Sciences
кандидат технических наук, доцент кафедры естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля
junior researcher
младший научный сотрудник
postgraduate student
аспирант
The study objective was to analyze the change in the morphology and microhardness of the AK5M2 alloy irradiated by an electron beam in various regimes. The authors modified the Al-5wt%Si alloy surface by an electron beam in the modes differed in the electron beam energy density (10, 20, 30, 40, and 50 J/cm2) and pulse durations (50 and 200 μs). The study identified that at electron beam parameters of 30 J/cm2, 200 μs, and 50 J/cm2, 50 μs, the maximum increase in microhardness to 860 MPa and 950 MPa was observed for each of the regimes, respectively. The microhardness value of the cast alloy was 520 MPa. Numerous micropores and microcracks characterize the irradiation surface morphology at beam parameters of 30 J/cm2, 200 μs. The material shrinkage during its high-speed crystallization can cause the formation of micropores. It is possible to assume that the generation of tensile stresses in a surface layer resulted from high cooling rates of a surface layer of the material from the molten state causes the formation of microcracks. The irradiation mode of 50 J/cm2, 50 μs leads to the complete dissolution of intermetallic and silicon particles in a surface layer; the crack density per surface area unit of the sample decreases against the regime of 30 J/cm2, 200 μs. The surface layer is characterized by the structure of high-speed cellular crystallization with the sizes of 500 to 800 nm formed in the volume of the grains that may cause an increase in the strength properties of the material.
Цель исследования - анализ изменения морфологии и микротвердости сплава АК5М2, облученного электронным пучком в различных режимах. Выполнено модифицирование поверхности сплава Al-5wt%Si электронным пучком в режимах, различающихся плотностью энергии пучка электронов (10, 20, 30, 40 и 50 Дж/см2) и длительностью импульсов (50 и 200 мкс). Установлено, что при параметрах пучка электронов 30 Дж/см2, 200 мкс и 50 Дж/см2, 50 мкс наблюдается максимальное увеличение микротвердости до 860 и 950 МПа для каждого из режимов соответственно. Значение микротвердости литого сплава равно 520 МПа. Морфология поверхности облучения при параметрах пучка 30 Дж/см2, 200 мкс характеризуется многочисленными микропорами и микротрещинами. Причиной формирования микропор может являться усадка материала при его высокоскоростной кристаллизации. Можно предположить, что образование микротрещин обусловлено формированием в поверхностном слое растягивающих напряжений, являющихся следствием высоких скоростей охлаждения поверхностного слоя материала из расплавленного состояния. Режим облучения 50 Дж/см2, 50 мкс приводит к полному растворению в поверхностном слое частиц интерметаллидов и кремния, плотность трещин на единицу поверхности образца снижается в сравнении с режимом 30 Дж/см2, 200 мкс. Поверхностный слой характеризуется структурой высокоскоростной ячеистой кристаллизации с размерами от 500 до 800 нм, сформированной в объеме зерен, что может являться причиной увеличения прочностных свойств материала.