DOI: 10.52150/2522-9117-2025-39-15
Н. О. Ротт1, к.т.н., доцент, ORCID 0000-0002-3839-6405
З. В. Сазанішвілі1,*, к.т.н., доцент, ORCID 0000-0003-4138-9238
1 Національний технічний університет “Дніпровська політехніка”
* Автор для листування: sazanishvili.z.v@nmu.one
ВПЛИВ ВІБРАЦІЙНОЇ ОБРОБКИ НА СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ ЗАЕВТЕКТИЧНОГО СИЛУМІНУ
Анотація. У статті представлено результати комплексного дослідження впливу вібраційної обробки на процеси кристалізації, структуроутворення та зміну властивостей заевтектичного силуміну. Для дослідження обрано зразки алюмінієвого сплаву системи Al-Si, у яких евтектичний кремній присутній у вигляді тонких пластин завтовшки від 0,5 до 10 мкм. Для відтворення керованих умов кристалізації використовували відливки у графітових тиглях. На стадії твердіння до розплаву прикладали вібраційні коливання у частотному діапазоні 20…300 Гц, що дозволило дослідити ефекти від низькочастотного биття до резонансних і надрезонансних режимів. Встановлено, що вже за частоти 20 Гц тонкі пластини кремнію зазнають пошкоджень, частково відокремлюються та формують зародки псевдопервинних кристалів. Найбільш виражені зміни відбуваються за частоти коливань 50 Гц, коли реалізується резонансна взаємодія коливань із розплавом. У цьому режимі спостерігається масове руйнування пластин, посилений ріст бічних граней кристалів, формування об’ємної частки псевдопервинних кристалів та поява характерного “ободка” навколо них. Рентгеноструктурні дослідження засвідчили виникнення додаткових відбитків, ідентифікованих як гексагональна модифікація кремнію, яка утворюється за аналогією з відомим переходом кубічної алмазної решітки в лонсдейліт. Виявлено, що наявність гексагональної фази сприяє підвищенню мікротвердості сплаву. За умови подальшого зростання частоти коливань до 300 Гц ефекти руйнування пластин значно послаблюються, а у структурі з’являються політипні форми кремнію, що характеризуються зниженою твердістю. Це призводить до загального зменшення зміцнюючого ефекту вібраційної обробки. У результаті дослідження встановлено нелінійну залежність між частотою прикладених вібрацій та морфологічними й фазовими перетвореннями у системі Al–Si. Резонансна обробка виявилася найбільш ефективною для цілеспрямованого подрібнення структури та покращення властивостей заевтектичного силуміну. Отримані результати можуть бути використані для розробки технологій керування кристалізацією алюмінієвих сплавів у ливарному виробництві з метою підвищення їх механічних і експлуатаційних властивостей.
Ключові слова: алюмінієві сплави, заевтектичний силумін, евтектичний кремній, вібраційна обробка, фазові перетворення, мікротвердість, структуроутворення.
Посилання для цитування: Ротт Н. О., Сазанішвілі З. В. Вплив вібраційної обробки на структуроутворення та властивості заевтектичного силуміну. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2025. Вип. 39. С. 264-273. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2025-39-15
Перелік посилань
1. Ebhota W. S., Jen T.-C. Effects of Modification Techniques on Mechanical Properties of Al-Si Cast Alloys. Aluminium Alloys – Recent Trends in Processing, Characterization, Mechanical Behavior and Applications. 2017. https://doi.org/10.5772/intechopen.70391.
2. Silicon morphology modification in the eutectic Al–Si alloy using mechanical mold vibration / N. Abu-Dheir et al. Materials Science and Engineering: A. 2005. Vol. 393, no. 1-2. P. 109–117. https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.09.038.
3. Selivorstov V., Dotsenko Y., Borodianskiy K. Influence of Low-Frequency Vibration and Modification on Solidification and Mechanical Properties of Al-Si Casting Alloy. Materials. 2017. Vol. 10, No. 5. P. 560. https://doi.org/10.3390/ma10050560.
4. Effect of ultrasonic and mechanical vibration treatments on evolution of Mn-rich phases and mechanical properties of Al−12Si−4Cu−1Ni−1Mg−2Mn piston alloys / B. LIN et al. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2024. Vol. 34, no. 8. P. 2393–2414. https://doi.org/10.1016/s1003-6326(24)66549-0.
5. Effects of mechanical vibration on the physical, metallurgical and mechanical properties of cast A308 (LM21) aluminum alloy / S. Yadav et al. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2022. Vol. 29, no. 6. P. 1206–1215. https://doi.org/10.1007/s12613-020-2209-7.
6. Microstructure and functionality of a uniquely graded super duplex stainless steel designed by a novel arc heat treatment method / V. A. Hosseini et al. Materials Characterization. 2018. Vol. 139. P. 390–400. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.03.024
7. Silicon morphology modification in the eutectic Al–Si alloy using mechanical mold vibration / N. Abu-Dheir et al. Materials Science and Engineering: A. 2005. Vol. 393, no. 1-2. P. 109–117. https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.09.038
Рукопис надійшов до редакції 11.08.2025
Рекомендовано до друку 21.10.2025
Опубліковано онлайн 01.12.2025
