STRUCTURAL-PHASE STATE OF SILUMIN OF HYPEREUTECTIC COMPOSITION IRRADIATED BY A PULSED ELECTRON BEAM
Authors: Иванов Юрий Федорович , Клопотов Анатолий Анатольевич , Петрикова Елизавета Алексеевна , Рыгина Мария Евгеньевна , Толкачев Олег Сергеевич , Клопотов Владимир Дмитриевич 
Published: December 2020

Силумин (сплав алюминия с кремнием) является дешевым промышленным сплавом, обладающим хорошей коррозионной стойкостью, высокими удельными механическими свойствами и хорошими литейными свойствами, вследствие чего нашел широкое применение в современной промышленности (авиа- и машиностроение, приборостроение, судостроение и т.д.). Целью настоящей работы является анализ закономерностей преобразования структуры и фазового состава поверхностного слоя силумина заэвтектического состава (Al - 22 вес. % Si ), подвергнутого облучению интенсивным импульсным электронным пучком. Установлено, что облучение силумина импульсным электронным пучком (18 кэВ, 25 Дж/см, 200 мкс, 3 имп., 0,3 с) приводит к плавлению поверхностного слоя толщиной до 60 мкм, высокоскоростная кристаллизация которого сопровождается формированием субмикро- нанокристаллической многофазной структуры. Показано, что алюминий (твердый раствор на основе ГЦК кристаллической решетки) формирует ячейки высокоскоростной кристаллизации; на границах ячеек расположены наноразмерные частицы вторых фаз. Выполнен анализ трехкомпонентных диаграмм состояния системы Al - Si - Fe - Cu (основные элементы исследуемого силумина) и продемонстрирована возможность формирования в сплаве в равновесных условиях большого количества двух- и трехэлементных соединений. Методами дифракционной электронной микроскопии показано, что наряду с трехэлементными фазами в силумине образуются и фазы на основе четырех и, возможно, большего количества элементов.

Silumin (an alloy of aluminum with silicon) is a cheap industrial alloy with good corrosion resistance, high specific mechanical properties and good casting properties. As a result it has found wide applications in modern industry (aircraft and mechanical engineering, instrument making, shipbuilding, etc.). The aim of this work is to analyze the regularities of transformation of the structure and phase composition of the surface layer of a hypereutectic silumin (Al - 22 wt % Si), subjected to irradiation with an intense pulsed electron beam. It was found that irradiation of silumin with a pulsed electron beam (18 keV, 25 J / cm, 200 μs, 3 pulses, 0,3 s) leads to melting of the surface layer up to 60 pm thick, the high-speed crystallization of which is accompanied by the formation of a submicro-nanocrystalline multiphase structure. It is shown that aluminum (a solid solution based on fcc crystal lattice) forms cells of high-speed crystallization; nanoscale particles of the second phases are located at the cell boundaries. Analysis of three-component state diagrams of the Al - Si - Fe - Cu system (the main elements of the studied silumin) demonstrated the possibility of forming a large number of two- and three-element compounds in the alloy under equilibrium conditions. It has been shown by diffraction electron microscopy that, along with three-element phases, phases based on four and, possibly, more elements are formed in silumin.