Еволюція структурного стану та мікротвердости поверхні алюмінійового стопу Д16 внаслідок ультразвукового ударного оброблення в різних атмосферах

Abstract

Виконано ультразвукове ударне оброблення (УЗУО) алюмінійового стопу Д16 в хемічно активних і нейтральних середовищах за умов квазигідростатичного стиснення зразка, що забезпечило більш ефективне порівняно з термічним обробленням і стандартними схемами УЗУО зміцнення його поверхні. Показано можливість, одночасно з низькотемпературними процесами деформаційного дисперґування зернистої структури, синтезувати на поверхні алюмінійового стопу Д16 міцні оксидні покриття товщиною у декілька десятків мікрометрів за допомогою УЗУО на повітрі. Доведено, що збільшення мікротвердости (у 2,5 рази) поверхні стопу Д16 УЗУО в інертному середовищі (арґон, гелій) зумовлюється модифікацією дислокаційної структури, деформаційним формуванням нанокристалічної структури, а також виділенням нанорозмірних преципітатів зміцнювальної S′-фази Al₂CuMg. Показано унікальну можливість збільшення мікротвердости поверхні стопу Д16 (до ≅ 5 разів) УЗУО в середовищі рідкого азоту (77,4 К), зумовлену синергетичним впливом процесів наноструктуризації і механохемічної взаємодії алюмінію з азотом у ході кріодеформації. Запропоновано модельні уявлення стосовно структурно-фазових механізмів зміцнення поверхні стопу Д16.

Выполнена ультразвуковая ударная обработка (УЗУО) поверхности алюминиевого сплава Д16 в химически активных и нейтральных средах в условиях квазигидростатического сжатия образца, что обеспечило более эффективное по сравнению с термической обработкой и стандартными схемами УЗУО упрочнение его поверхности. Показана возможность, одновременно с низкотемпературными процессами деформационного диспергирования зёренной структуры, синтезировать на поверхности алюминиевого сплава Д16 прочные оксидные покрытия толщиной в несколько десятков микрометров с помощью УЗУО на воздухе. Доказано, что увеличение микротвёрдости (в 2,5 раза) поверхности сплава Д16 УЗУО в инертной среде (аргон, гелий) обусловливается модификацией дислокационной структуры, деформационным формированием нанокристаллической структуры, а также выделением наноразмерных преципитатов упрочняющей S′-фазы Al₂CuMg. Показана уникальная возможность увеличения микротвёрдости поверхности сплава Д16 (до ≅ 5 раз) УЗУО в среде жидкого азота (77,4К), обусловленного синергетическим влиянием процессов наноструктурирования и механохимического взаимодействия алюминия с азотом в процессе криодеформации. Предложены модельные представления относительно структурно-фазовых механизмов упрочнения поверхности сплава Д16.

The D16 aluminium alloy is treated by ultrasonic impact treatment (UIT) in chemically active and neutral atmospheres under quasi-hydrostatic compression that provides more efficient surface strengthening comparing to the heat treatment and classical UIT schemes. As shown, it is possible to form durable oxide coatings with the thickness of several tens of micrometers on the alloy surface simultaneously with the low-temperature deformation of grain structure dispersion by means of UIT within the air. Increasing D16 surface microhardness (up to 2.5 times) by UIT in the inert atmosphere (Ar, He) is caused by the modification of dislocation structure, nanocrystalline structure formation due to the deformation, and formation of nanoscale precipitates of S′-Al₂CuMg hardening phase. The unique opportunity of surface microhardness increasing (up to ≅ 5 times) by UIT in a liquid nitrogen (at 77.4 K) due to the influence of synergetic processes of nanostructure formation and mechanochemical interaction of aluminium with nitrogen during cryo-deformation is demonstrated. The model of surface strengthening by means of the structure and phase mechanisms is proposed.