DEVELOPMENT OF A DISPERSED REINFORCED COMPOSITE MATERIAL AM4.5Kd-10%TiC WITH IMPROVED TRIBOLOGICAL CHARACTERISTICS
CLTFWQ
DOI:
https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.01.034Abstract
Dispersed reinforced composite materials are distinguished by a unique combination of strength, hardness and wear resistance, which allows them to be classified as a group of promising structural materials. The article considers the results of reinforcement of the AM4.5Kd alloy by the method of self-propagating high-temperature synthesis with a titanium carbide phase in the amount of 10 wt.%. The possibility of formation in the melt of AM4.5Kd at a temperature of 900°C from industrial titanium and carbon black powders of micron-sized titanium carbide particles with sizes from 100 nm, as well as maintaining the level of dispersion is shown. The reinforcing phase and after the standard matrix alloy thermal treatment in the form of quenching at 545°C and aging at 170°C for 4 hours. By X-ray phase analysis, it was determined that the content of the carbide phase is at least 9 wt.%, and after heat treatment, an additional separation of the intermetallic θ-phase (Al2Cu) occurs in the amount of 2 wt.%. A complex of studies of physical, chemical, mechanical and tribological characteristics has been carried out. It was found that the resulting composite material, like the matrix alloy, retains high density, a sufficient level of electrical conductivity, resistance to thermal expansion and corrosion, but at the same time demonstrates increased hardness, microhardness and compressive strength while maintaining a sufficient margin of plasticity. In addition, at a load of 400H, it is characterized by at least a threefold decrease in the wear rate and coefficient of friction and an increased maximum setting load by more than one and a half times while maintaining the level of temperature self-heating. The results obtained allow us to recommend the developed composite material AM4.5Kd-10%TiC for the manufacture of tribo-coupling parts operated under increased loads and temperatures.
References
Исследование механических свойств пер-спективных алюмоматричных композиционных материалов, армированных SiC и Al2O3 / Ю.А. Кур-ганова [и др.] // Материаловедение. 2021. № 6. С. 34‒38. doi.org/10.31044/ 1684-579X-2021-0-6-34-38.
Kar A., Sharma A., Kumar S.A. Critical Review on Recent Advancements in Aluminium-Based Metal Matrix Composites // Crystals. 2024. № 14(412). Р. 1‒42. doi: 10.3390/cryst14050412.
Sanaty-Zadeh A. Comparison between cur-rent models for the strength of particulate-reinforced metal matrix nanocomposites with emphasis on con-sideration of Hall-Petch effect // Materials Science and Engineering A. 2012. № 531(1). Р. 112‒118. doi: 10.1016/J.MSEA.2011. 10.043.
Zhang Z., Chen D.L. Contribution of Orowan strengthening effect in particulate-reinforced metal matrix nanocomposites // Materials Science and Engi-neering A. 2008. № 483(15). Р. 148–152. doi: 10.1016/j.msea.2006.10.184.
Михеев Р.С., Чернышова Т.А. Алюмоматричные ком-позиционные материалы с карбидным упрочнением для ре-шения задач новой техники. М. : Издание РФФИ, 2013. 353 c.
Терентьев Н.А. Исследование и разработка литейных технологий при получении дисперсно-упроч¬ненных алюминиевых сплавов : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Красноярск, 2017. 19 с.
Панфилов А.А. Разработка алюмоматрич-ных композиционных сплавов и усовершенствова-ние жидкофазной технологии их получения для от-ливок с повышенными триботехническими свой-ствами : автореф. дис … канд. техн. наук. Владимир, 2011. 22 с.
Cho Y.H., Lee J.M., Kim S.H. Composites Fab-ricated by a Thermally Activated Reaction Process in an Al Melt Using Al-Ti-C-CuO Powder Mixtures. Part I: Mi-crostructural Evolution and Reaction Mechanism // Met-allurgical and Materials Transactions. 2014. № 45. P. 5667‒5678. doi: 10.1007/s11661-014-2476-x.
Rai R.N., Saha S.C., Chakraborty М. Studies on synthesis of in-situ Al-TiC metal matrix composites // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. № 117. Р. 012042. doi: 10.1088/1757-899X/117/1/012042.
Zhou D., Qiu F., Jiang Q. The nano-sized TiC particle reinforced Al-Cu matrix composite with superior tensile ductility // Materials Science and Engineering A. 2015. № 622. Р. 189–193. doi: 10.1016/j.msea.2014.11.006.
The Dry Sliding Wear Properties of Nano-Sized TiCp/Al-Cu Composites at Elevated Temperatures / W.S. Tian [et al] // Materials. 2017. № 10(8). Р. 939. doi: 10.3390/ma10080939.
Жидкофазное получение методом СВС и термическая обработка композитов на основе алю-миниево-магниевых сплавов, упрочненных высоко-дисперсной фазой карбида титана / А.Р. Луц [и др.] // Известия высших учебных заведений. Цветная ме-таллургия, 2023. Т. 29. № 4. С. 70–86. doi: 10.17073/0021-3438-2023-4-70-86.
Выбор термической обработки и исследо-вание ее влияния на структуру и свойства компози-ционного материала АК10М2Н-10%TiC, полученного методом СВС в расплаве / А.Р. Луц [и др.] // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия, 2024. Т. 30. № 2. С. 30–43. doi: 10.17073/0021-3438-2024-2-30-43.
Шеметев Г.Ф. Алюминиевые сплавы: соста-вы, свойства, применение : учеб. пособие. Часть 1. Санкт-Петербург : Изд-во СПбГПУ, 2012. 155 с.
Шерина Ю.В. Исследование влияния до-бавки высокодисперсной фазы карбида титана, син-тезированной в расплаве и термообработки на структуру и свойства сплава АМ4,5Кд // Транспорт-ное машиностроение. 2024. № 3. С. 59–69. doi: 10.30987/2782-5957-2024-3-59-69.
Перелыгин Ю.П., Лось И.С., Киреев С.Ю. Коррозия и защита металлов от коррозии : учеб. пособие. Пенза : Изд-во ПГУ, 2015. 81 с.
Аксенов А.А. Оптимизация состава и структуры ком-позиционных материалов на алюминиевой и медной основах, получаемых жидкофазными методами и механическим леги-рованием : автореф. дис. … докт. техн. наук. М., 2007. 51 с.
Особенности термической обработки ком-позиционных материалов с алюминиевой матрицей (обзор) / Е.И. Курбаткина [и др.] // Труды ВИАМ. 2017. № 11. С. 82–97. doi: 10.18577/2307-6046-2017-0-11-9-9.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 Alfiya R. Luts

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.