ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СПЛАВОВ СИСТЕМ  Al‒Si,Mn‒Fe‒CoМЕТОДАМИ СКАНИРУЮЩЕЙ  ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ: EDN: HSGFBY

Юлия Андреевна  Шлярова; Виталий Владиславович  Шляров; Ирина Алексеевна  Панченко; Сергей Валерьевич  Коновалов; Филипьев  Роман Анатольевич

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2022.4.2.013

Авторы

Юлия Андреевна Шлярова Сибирский государственный индустриальный университет https://orcid.org/0000-0001-5677-1427
Виталий Владиславович Шляров Сибирский государственный индустриальный университет https://orcid.org/0000-0001-8130-648X
Ирина Алексеевна Панченко Сибирский государственный индустриальный университет https://orcid.org/0000-0002-1631-9644
Сергей Валерьевич Коновалов Сибирский государственный индустриальный университет https://orcid.org/0000-0003-4809-8660
Филипьев Роман Анатольевич Кузбасский институт ФСИН России https://orcid.org/0000-0001-8165-0141

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2022.4.2.013

Ключевые слова:

сканирующий электронный микроскоп, силумин, высокоэнтропийный сплав, структура, поверхность, анализ, излом

Аннотация

Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) относится к числу широко распространенных современных микроскопических методик, предназначенных для получения визуальной информации о микростроении твердофазных объектов (сплавов, металлов и т.д.). В работе приведены области применения сканирующего электронного микроскопа (полупроводники; биология и медицина; химическая, нефтехимическая, горнодобывающая промышленности; научно-исследовательские лаборатории). Проведеныпримеры анализа различных структур материалов (высокоэнтропийный сплав, силумин, структура изломов алюминиевого сплава А5М), полученных с помощью метода сканирующего электронного микроскопа. Показано, что в микроструктуре высокоэнтропийного сплава системы Mn‒Fe‒Co‒Cr‒Niприсутствуют округлые поры (1,3±0,1 мкм). Причиной образования пор может быть специфика технологии проволочно-дугового аддитивного производства. Структура силумина системы AL-10%SIдемонстрирует многофазный, морфологически разнообразный характер. Облучение электронным пучком силумина сопровождается плавлением алюминия вдоль поверхностей раздела с включениями второй фазы. Излом образца алюминия А5М, разрушенного в условиях усталости,имеет пепельно-серый цвет и сильно шероховатую матовую поверхность. В результате исследований деформационных характеристик технически чистого алюминия А5М было установлено, что образцы технически чистого алюминия в исходном состоянии достигают критической деформации и разрушаются в среднем при 18742±654 циклов. Применение магнитного поля 0,1 Тл постоянной геометрии приводит к увеличению количества циклов до разрушения на 36,8 %, в среднем образцы разрушаются при 25207±2349 циклов.

Библиографические ссылки

Goldstein, J. Practical Scanning Electron Microscopy: Electron and Ion Microprobe Analysis. Springer Science & Business Media, 2012.

Reimer, L. Scanning electron microscopy: Physics of image formation and microanalysis // Meas. Sci. Technol. – 2000. – V. 11(12). – P. 1826. – DOI:10.1088/0957-0233/11/12/703.

Clarke, A., Eberhardt, C., Eberhardt, C.N. Microscopy Techniques for Materials Science.– Woodhead Publishing, 2002.

Rickman, J.M., Lookman, T., Kalinin, S.V. Materials informatics: from the atomic-level to the continuum // Acta Mater.– 2019.– V. 168.– P. 473–510.– https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.01.051.

LeCun, Y., Bengio, Y., Hinton, G. Deep learning // Nature.– 2015.– V. 521.– P. 436–444.– https://doi.org/10.1038/nature14539.

An active learning high-throughput microstructure calibration framework for solving inverse structure-process problems in materials informatics / A. Tran [et al.] // Acta Mater.– 2020.– V. 194.– P. 80–92.– https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.04.054.

Image-driven discriminative and generative machine learning algorithms for establishing microstructure–processing relationships / W. Ma [et al.] // J. Appl. Phys. – 2020. – V. 128 (13). – P. 134901. – https://doi.org/10.1063/5.0013720.

Mining structure–property relationships in polymer nanocomposites using data driven finite element analysis and multi-task convolutional neural networks / Y. Wang [et al.] // Mol. Syst. Des. Eng. – 2020. –V. 5. – P. 962–975. – https://doi.org/10.1039/D0ME00020E.

Beniwal, A., Dadhich, R., Alankar, A. Deep learning based predictive modeling for structure-property linkages // Materialia.– 2019.– V. 8.– P. 100435.– DOI:10.1016/j.mtla.2019.100435.

Quantifying mechanical properties of automotive steels with deep learning based computer vision algorithms / E. Javaheri [et al.] // Metals.– 2020.– V. 10 (2). –P. 163.– https://doi.org/10.3390/met10020163.

Establishing structure-property localization linkages for elastic deformation of three-dimensional high contrast composites using deep learning approaches / Z. Yang [et al.] // Acta Mater.– 2019.– V. 166. –P. 335–345.– https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.12.045.

George, E.P., Curtin, W.A., Tasan, C.C. Highentropyalloys: A focused review of mechanical properties and deformation mechanisms // ActaMaterialia. – 2020. – V. 188. – P. 435–474. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.12.015.

Рогачев, А.С. Структура, стабильность и свойства высокоэнтропийных сплавов // Физика металлов и металловедение. – 2020. – Т. 121. – № 8. –P. 807–841. –DOI: 10.31857/S0015323020080094.

Nanostructured High-Entropy Alloys with Multiple Principal Elements: Novel Alloy Design Concepts and Outcomes / J.W.Yeh [et al.] // Advanced Engineering Materials. – 2004. – V. 6. –№ 5. – P. 299–303. –https://doi.org/10.1002/adem.200300567.

Miracle, D.B., Senkov, O.N. A critical review of high entropy alloys and related concepts// Acta Mater. – 2017. – V. 122. – P. 448–511. –https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.08.081.

Zhang, W., Liaw, P.K., Zhang, Y. Science and technology in high-entropy alloys // Sci China Mater. – 2018. – V. 61. – № 1. – P. 2–22. –https://doi.org/10.1007/s40843-017-9195-8.

Tsai, M.-H., Yeh, J.-W. High-Entropy Alloys: A Critical Review // Mater. Res. Lett. – 2014. – V. 2:3. – № 3. –P. 107–123. –https://doi.org/10.1080/21663831.2014.912690.

Alaneme, K.K., Bodunrin, M.O., Oke, S.R. Processing, alloy composition and phase transition effect on the mechanical and corrosion properties of high entropy alloys: a review // J. Mater. Res. Technol. – 2016. –V. 5. – № 4. – P. 384–393. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2016.03.004.

Extremely high fatigue resistance in an ultrafine grained high entropy alloy / K. Liu [et al.] // Appl. Mater. Today. – 2019. – V. 15. – P. 525–530. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2019.04.001.

Microstructure and mechanical properties of non-equiatomic Co25.4Cr15Fe37.9Mn3.5Ni16.8Si1.4 high-entropy alloy produced by wire-arc additive manufacturing / K.A. Osintsev [et al.] // Materials Letters.–2022.– V. 312.– P. 131675.–https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.131675.

Structure and properties of the CrMnFeCoNi high-entropy alloy irradiated with a pulsed electron beam / V.E. Gromov [et al.] // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – V. 19. – P. 4258–4269. –https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.06.108.

Investigation of Co-Cr-Fe-Mn-Ni Non-Equiatomic High-Entropy Alloy Fabricated by Wire Arc Additive Manufacturing / K. Osintsev [et al.] // Metals. 2022. – V. 12. – P. 197. –https://doi.org/10.3390/met12020197.

Microstructure and Phase Composition of the Cr-Mn-Fe-Co-Ni High-Entropy Alloy Obtained by Wire-Arc Additive Manufacturing / K. Osintsev [et al.] // Key Engineering Materials.– 2022.– V. 910.– P. 748–753.–https://doi.org/10.4028/p-p2as1f.

Zolotorevskiy, V.S., Belov, N.A., Glazoff, M.V. Casting aluminum alloys, first ed. Elsevier Science, 2007. – 544 p.

Поршневые силумины / Н.А. Белов [и др.]. – М. : Руда и металлы, 2011. – 246 с.

Лунев, Ф.А. Силумин. – М.: Ленинград ОНТИ, 1937. –50 с.

Структура и упрочнение силумина, модифицированного электронно-ионной плазмой: монография / В.Е. Громов[и др.]. – Новокузнецк: Издательский центр СибГИУ, 2020. –285 с.

Effect of electron-plasma treatment on the microstructure of Al-11wt%Si alloy / D. Zaguliaev [et al.] // Materials Research. – 2020. – V. 23 (2). – P. e20200057. DOI:10.1590/1980-5373-mr-2020-0057.

Dispersion of al-si alloy structure by intensive pulsed electron beam / S. Konovalov [et al.] // Archives of foundry engineering. –2019. –V. 19 (2). –P. 79–84.

Физические основы повышения усталостной долговечности нержавеющих сталей / Ю.Ф. Иванов [и др.]. – Новокузнецк: Интер-Кузбасс, 2011. – 302 с.

Hashemian, S., Keshtiban, P.M., Oskui, A.E. Fracture behavior of the forged aluminum 7075-T6 alloy under mixed-mode loading conditions // Engineering Failure Analysis.– 2022.– V. 140.– P. 106610. –https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2022.106610.

Fracture dominant in friction stir spot welded joint between 6061 aluminum alloy and galvannealed steel based on microscale tensile testing / T. Matsuda [et al.] // Materials & Design. – 2022. – V. 213. – P. 110344. – https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110344.

Qin, D., Chen, C. Research on the mechanical property and failure mechanism of the dieless clinched joints of various aluminum alloys // Engineering Failure Analysis.– 2022.– V. 137.– P. 106384.–https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2022.106384.

Шестопалова, Л.П., Лихачева, Т.Е. Методы исследования материалов и деталей машин при проведении автотехнической экспертизы: учеб. пособие. – Москва: МАДИ, 2017. – 180 с.