Kompoziti ya Ti@(Al-Si-Ti)P/A356Al, ni kompoziti ya matrix ya metali iliyoimarishwa kwa chembe, ambamo chembe za in-situ za kiini-ganda zinazoundwa na kiini cha Ti kilichosalia na ganda la intermetali lenye msingi wa Al-Si-Ti huimarisha matrix ya alumini ya A356. Katika utafiti, kompoziti hii iliandaliwa kwa powder-thixoforming, ikafanyiwa solution treatment katika 545 °C kwa 1 saa, kisha ikaezeshwa katika 170 °C kwa 1–48 saa. Vipimo vya ugumu na mvutano vilionyesha vilele viwili tofauti vya nguvu katika 8 na 24 saa badala ya kilele kimoja cha kawaida cha ageing. Kilele cha kwanza kinaelezwa hasa na uimarishaji kwa kukatwa kwa precipitates coherent za β″; kilele cha pili, ambacho ni cha juu zaidi, kinaelezwa na kuongezeka kwa mchango wa Orowan wa chembe zenye Si nyingi kwenye awamu ya β″ iliyoundwa upya.

Nguvu ya yield ya kompoziti katika hali ya as-cast ilikuwa 137,3 MPa, huku katika sampuli iliyozeeshwa kwa 8 saa ikipanda hadi 237,2 MPa kulingana na Jedwali 1, na hadi 250,2 MPa katika 24 saa. Ultimate tensile strength katika hali hizo hizo ilikuwa 308,4 MPa na 319,0 MPa mtawalia. Mrefuko wakati wa kuvunjika ulikuwa %10,4 katika hali ya as-cast na ukabaki katika %9,5 na %8,2 mtawalia kwenye vilele viwili. Kwa hiyo, utafiti unaonyesha kuwa ongezeko kubwa la nguvu linaweza kupatikana bila mchakato kubadilika kabisa kuwa ule wa kufanya nyenzo kuwa brittle.

Uchambuzi wa mikrostruktura unaonyesha kuwa kilele cha pili hakiwezi kuelezwa kwa mlolongo wa kawaida wa over-ageing β″→β′ pekee. Wakati wa ageing, awamu metastable za Al-Si zinazofanana na Al4Si ambazo zilikuwapo tangu mwanzo huyeyuka; kuyeyuka huku pamoja na kuyeyuka kwa awamu B′ zenye Mg nyingi zilizoundwa mapema huipa matrix atomi mpya zilizoyeyushwa. Hivyo, wakati wa over-ageing, maeneo ya GP na awamu za β″ zinaweza kuundwa upya, huku chembe za Si ya elementi na miundo iliyopangwa yenye Si nyingi pia ikitua. Katika 24 saa, sehemu ya ujazo ya β″ huongezeka tena hadi %0,50, huku awamu ya chembe zenye Si nyingi ikifikia %7,25.

Tafsiri ya utafiti imewekewa mipaka ya hali za maabara. Matokeo yaliyochunguzwa yalipatikana kwa muundo mahususi wa Ti@(Al-Si-Ti)P/A356Al, njia ya utengenezaji na programu ya ageing ya 170 °C. Haijaonyeshwa kwamba nyakati hizo hizo mbili za vilele au thamani hizo hizo za nguvu zitatokea katika kompoziti nyingine za A356, viimarishaji tofauti vya kiini-ganda au programu za viwandani za heat treatment.

Kwa nini tabia ya ageing yenye vilele viwili ni muhimu?

Katika aloi zenye msingi wa Al-Mg-Si zinazofanyiwa precipitation hardening, nguvu kwa kawaida huongezeka ageing inapoendelea, hufikia maksimumu moja katika usambazaji bora wa precipitates, kisha hupungua precipitates zinapokuwa kubwa na kupoteza coherence. Katika kompoziti ya Ti@(Al-Si-Ti)P/A356Al, hata hivyo, nguvu hupungua baada ya maksimumu ya kwanza na baadaye huongezeka tena na kuunda maksimumu ya pili. Ongezeko hili la pili linaonyesha kuwa over-ageing haimaanishi kulainika kwa kuendelea pekee na kwamba awamu metastable zinazoyeyuka zinaweza kutoa nyenzo kwa mizunguko mipya ya precipitation.

Kwa Nini Uimarishaji wa Ageing Wenye Vilele Viwili Hutokea Katika Kompoziti Hii?

Vilele viwili katika kompoziti ya Ti@(Al-Si-Ti)P/A356Al hutokea kwa sababu, baada ya maksimumu ya kwanza katika 8 saa inayotokana na uimarishaji mkubwa wa kukatwa wa precipitates β″, awamu metastable za Al-Si na awamu B′ zenye Mg nyingi huyeyuka na kutoa atomi mpya zilizoyeyushwa kwenye matrix; jambo hili huunga mkono precipitation upya ya maeneo ya GP na awamu β″, huku kwa wakati huo huo chembe zenye Si nyingi zikitoa uimarishaji wa Orowan.

Muundo wa chembe ya kuimarisha ya kiini-ganda

Katika chembe za kuimarisha za kompoziti, katikati kuna kiini cha Ti kilichosalia. Ganda la kijivu linalokizunguka linaundwa hasa na nanochembe za Ti(Al,Si)2 zinazotambuliwa kama τ2; katika maeneo yanayofanana na meno ya msumeno kwenye ukingo wa ganda, τ1, yaani awamu ya Ti7Al5Si12, imetambuliwa. Picha za mikrostruktura za utafiti zinaonyesha kuwa wakati wa ageing katika 170 °C, morfolojia ya jumla ya duara ya chembe hizi za kiini-ganda haikubadilika kwa kiasi kikubwa.

Uchunguzi huu ni muhimu kwa upande wa mekanizimu. Kwa kuwa hakuna mabadiliko makubwa katika ukubwa wa chembe kuu za Al na viimarishaji vya kiini-ganda baada ya ageing, ongezeko la ziada la nguvu linalotokana na ageing linatokana hasa si na mabadiliko ya jiometri ya kiimarishaji, bali na mabadiliko ya precipitates za nanoscale ndani ya matrix ya Al.

Athari ya solution treatment

Katika mikrostruktura ya as-cast, chembe za msingi za Al, maeneo ya solidification ya pili, miundo eutectic ya Si/Mg2Si na viimarishaji vya kiini-ganda vipo pamoja. Baada ya solution treatment ya 1 saa katika 545 °C, kiasi cha muundo eutectic hupungua, chembe za msingi za Al hukua kupitia Ostwald ripening na Si eutectic huwa na umbo la duara zaidi. Hali hii ilionekana pamoja na ongezeko la mrefuko wakati wa kuvunjika hadi %15,4 katika hali ya mara tu baada ya solution treatment, yaani ageing 0 h.

Mlolongo wa kawaida wa precipitation katika mfumo wa A356

Katika mfumo wa kinadharia wa utafiti, mlolongo wa jumla wa precipitation kwa A356 yenye msingi wa Al-Mg-Si ni kama ifuatavyo:

\[ \mathrm{SSSS} \rightarrow \text{atomik kümeler} \rightarrow \text{GP bölgeleri} \rightarrow \beta'' \rightarrow \beta',\,U1,\,U2,\,B' \rightarrow \beta,\,Si \]

Awamu ya β″ inachukuliwa katika utafiti kama Mg5Si6 ya monoclinic. Precipitates hizi ndogo, za umbo la sindano na kwa kiasi kikubwa coherent huingiliana kwa nguvu na dislocations. Katika ageing ya juu zaidi, kwa awamu za β′, B′ na awamu nyingine kubwa zaidi zilizo semi-coherent au incoherent, mekanizimu ya dislocation hubadilika hatua kwa hatua kuelekea Orowan bypassing.

1 saa: awamu metastable za awali za Al4Si

Katika sampuli zilizozeeshwa kwa 1 saa, chembe za punjepunje zinazofanana na precipitates zenye ukubwa wa takriban 38,16 ± 5,53 nm zilionekana. Uchambuzi wa HRTEM na FFT ulionyesha kuwa miundo hii inaendana na awamu metastable ya Al4Si. Waandishi wanaeleza kuwa chembe hizi hazikuundwa upya wakati wa ageing katika 170 °C; bali zilitokea awali wakati wa solidification ya haraka ya poda ya A356 iliyofanywa atomization na zilibaki kama awamu metastable bila kuyeyuka kabisa katika hatua za baadaye za utengenezaji.

Katika hatua hii, hakuna eneo la GP linaloonekana wazi. Badala yake, upanuzi wa ndani wa crystal lattice na maeneo ya dislocation yaliyoundwa wakati wa quenching huunda maeneo yanayofaa ya nucleation kwa mkusanyiko wa atomi zilizoyeyushwa katika ageing inayofuata.

4 saa: ongezeko la haraka la utofauti wa precipitates

Katika 4 saa, mikrostruktura huwa changamano zaidi. Mbali na awamu metastable za punjepunje zenye Si nyingi, makundi madogo ya umbo la sindano yenye Mg nyingi, maeneo ya GP, awamu ya β″, B′ na precipitates zinazofanana na β′ zimeonekana. Utafiti pia unaripoti miundo metastable ya Al-Si inayofanana na mpangilio wa stacking wa kipindi kirefu.

Katika hatua hii, precipitates coherent za aina ya β″ na GP huzalisha nguvu kupitia kukatwa kwao na dislocations, huku kwa precipitates kubwa zaidi kama B′, sehemu ya Orowan ikianza kufanya kazi.

8 saa: kilele cha kwanza cha nguvu

Katika 8 saa, idadi kubwa ya precipitates β″ za umbo la sindano na nukta huonekana. Sehemu ya ujazo ya awamu β″ hufikia maksimumu yake ya kwanza katika utafiti ikiwa %0,64. Kwa sababu precipitates β″ zina coherence kubwa na matrix ya Al, kukatwa kwa precipitates na dislocations; kupitia strain ya coherence na kutolingana kwa elastic modulus huunda upinzani mkubwa.

Katika hali hii, microhardness iliyopimwa ni 101,2 HV, yield strength 237,2 MPa na ultimate tensile strength 308,4 MPa. Mrefuko wakati wa kuvunjika ni %9,5. Chanzo hutoa yield strength kama 238,0 MPa kwa namna iliyozungushwa/tofauti katika sehemu za utangulizi na hitimisho; kwa kuwa jedwali la majaribio lina 237,2 MPa, thamani ya jedwali imehifadhiwa katika uhamishaji wa data.

12 saa: mwelekeo wa kawaida wa over-ageing

Katika 12 saa, ukubwa na sehemu ya ujazo ya precipitates β″ hupungua. Sehemu ya ujazo ya β″ hushuka hadi %0,22 huku sehemu ya ujazo ya β′ ikiongezeka hadi %0,91. Sambamba na hilo, nguvu hupungua baada ya kilele cha kwanza. Hii inaendana na kudhoofika kwa mekanizimu ya coherent-cutting kutokana na kuyeyuka kwa awamu β″ au kubadilika kwake kuwa awamu β′.

Hata hivyo, hali ya 12 saa si sehemu ya mwisho ya kawaida ya over-ageing. Kuonekana kwa maeneo mapya ya GP yenye kipenyo cha takriban 2 nm, precipitates β″, awamu za Si ya elementi na miundo iliyopangwa yenye Si nyingi kunaonyesha kuwa mzunguko wa pili wa precipitation umeanza ndani ya matrix.

24 saa: kilele cha pili na cha juu zaidi cha nguvu

Katika 24 saa, ukubwa wa wastani wa awamu ya chembe zenye Si nyingi ni 27,67 ± 4,77 nm na sehemu yake ya ujazo huongezeka kutoka %2,12 katika 12 saa hadi %7,25. Wakati huohuo, sehemu ya ujazo ya β″ huongezeka hadi %0,50 na kukaribia tena kiwango cha %0,64 cha 8 saa.

Urefu wa wastani wa precipitates β″ ulipimwa kuwa 46,70 ± 7,56 nm na eneo la sehemu ya msalaba 22,36 ± 5,50 nm². Eneo hili la sehemu ya msalaba ni kubwa kwa kiasi wazi kuliko thamani ya 6,28 ± 1,36 nm² katika kilele cha kwanza cha 8 saa. Precipitates β′ pia zimekua.

Maelezo ya kifizikia ya kilele cha pili yanategemea njia mbili za uimarishaji zinazofanya kazi sambamba. Idadi ya β″ inayoongezeka tena hutoa mchango mkubwa kupitia mekanizimu ya dislocation-cutting. Chembe zenye Si nyingi na sehemu kubwa ya ujazo hufanya iwe vigumu kwa dislocations kupita kuzunguka chembe kwa kutengeneza Orowan loops. Sehemu hii ya pili husaidia kufanya kilele cha 24 saa kuwa juu kuliko kilele cha kwanza cha 8 saa.

48 saa: plateau ya juu ya ageing

Katika 48 saa, umuhimu wa awamu β″ ya umbo la sindano katika mikrostruktura hupungua; awamu nyingi za punjepunje zenye Si nyingi pamoja na precipitates kubwa zaidi za β′/β hutawala. Sehemu ya ujazo ya precipitates za chembe huongezeka hadi %8,73. Urefu wa wastani wa precipitates β′/β umeripotiwa kuwa 97,91 ± 23,20 nm na sehemu ya ujazo %1,28.

Katika hatua hii, uimarishaji kwa kukata hudhoofika, lakini mchango wa Orowan wa chembe nyingi zenye Si nyingi na awamu kubwa za β′/β huzuia nguvu kuporomoka kwa haraka. Kwa hiyo, plateau ya juu ya ageing huhifadhiwa kati ya 24–48 saa. Hata hivyo, mrefuko wakati wa kuvunjika hushuka hadi %6,2 katika 48 saa; hii inahusishwa na uoanifu dhaifu zaidi wa deformation wa awamu kubwa semi-coherent na incoherent ikilinganishwa na matrix.

Mlolongo wa precipitation mahususi kwa utafiti

Mageuzi mahususi kwa utafiti yaliyotolewa na waandishi kutokana na matokeo ya TEM yanafupishwa kama ifuatavyo:

\[ \mathrm{SSSS} \rightarrow \text{atomik kümeler} \rightarrow \text{GP bölgeleri} \rightarrow \beta'' \rightarrow \beta' + Si + \text{Si-zengin düzenli fazlar} \rightarrow \beta + Si + \text{Si-zengin düzenli fazlar} \]

Kwa Nini Tofauti Kati ya Uimarishaji kwa Kukata na Uimarishaji wa Orowan ni Muhimu Katika Utafiti Huu?

Katika uimarishaji kwa kukata, precipitates ndogo na coherent za β″ hukatwa na dislocations huku coherence na kutolingana kwa elastic modulus vikizuia mwendo wa dislocation; katika uimarishaji wa Orowan, awamu kubwa zaidi au zenye coherence ndogo za Si nyingi, β′ na β haziwezi kukatwa, hivyo dislocations huzipita kwa kuzunguka chembe. Tabia ya vilele viwili hutokana na mabadiliko ya michango ya jamaa ya mekanizimu hizi mbili kulingana na muda wa ageing.

Mchango wa coherence na kutolingana kwa modulus

Katika utafiti, kwa uimarishaji kwa kukata wa awamu β″, uimarishaji wa coherence na kutolingana kwa elastic modulus vimechukuliwa kuwa msingi. Mchango wa coherence:

\[ \sigma_{CS} = 2.6MG|\varepsilon|^{3/2} \left( \frac{2rf_V}{b} \right)^{1/2} \]

unaelezwa kwa. Hapa \(M\) ni Taylor factor, \(G\) ni shear modulus ya matrix ya Al, \(\varepsilon\) ni strain ya kutolingana kwa coherence kati ya precipitate na matrix, \(r\) ni radius sawa ya precipitate kwenye slip plane, \(f_V\) ni sehemu ya ujazo na \(b\) ni ukubwa wa Burgers vector.

Katika utafiti, \(M=3.06\), \(G=26.9\,\mathrm{GPa}\) na \(b=0.29\,\mathrm{nm}\) zilitumika.

Mchango wa kutolingana kwa modulus:

\[ \sigma_{MS} = 0.0055M(\Delta G)^{3/2} \left( \frac{2f_V}{G} \right)^{1/2} \left( \frac{r}{b} \right)^{0.275} \]

unahesabiwa kwa. \(\Delta G\) ni tofauti ya shear modulus kati ya precipitate na matrix ya Al.

Mchango wa Orowan

Katika hali ambapo dislocation haikati chembe bali huzizunguka, utafiti hutumia uhusiano ufuatao wa Orowan:

\[ \sigma_{or} = \frac{0.13Gb}{\lambda} \ln \left( \frac{d}{2b} \right) \]

\(d\) inaonyesha kipenyo cha wastani cha precipitate, na \(\lambda\) umbali wa wastani kati ya chembe. Kadiri \(\lambda\) inavyopungua, nafasi inayoweza kupitiwa na dislocations hubana na upinzani wa Orowan huongezeka. Katika utafiti, kwa kuwa jiometri za precipitates za chembe zenye Si nyingi na precipitates β′/β ni tofauti, michango hii imehesabiwa kando.

Uimarishaji wa pamoja wa precipitation

Michango ya kukata na Orowan inaunganishwa katika utafiti kwa mbinu ya jumla ya miraba:

\[ \sigma_p^2 = \sigma_{sh}^2 + \sigma_{or}^2 \]

Hapa \(\sigma_p\) ni jumla ya uimarishaji wa precipitation, \(\sigma_{sh}\) ni mchango wa mekanizimu ya kukata na \(\sigma_{or}\) ni mchango wa Orowan.

Uimarishaji wa solid solution

Mchango wa solid solution katika chanzo:

\[ \sigma_{SS} = MGb\varepsilon_{SS}^{3/2}c^{1/2} \]

unahesabiwa kwa. \(\varepsilon_{SS}\) inawakilisha strain ya lattice inayosababishwa na atomi zilizoyeyushwa, na \(c\) mkusanyiko wa atomi zilizoyeyushwa. Kulingana na hesabu za chanzo, katika hali ya awali jumla ya mchango wa solid solution ulikuwa takriban 14,4 MPa, na kwa kuwa mabadiliko husika ya Mg na Si yalikuwa karibu 5 MPa, kupungua kwa mchango wa solid solution wakati wa ageing kulichukuliwa kuwa la umuhimu wa pili ikilinganishwa na uimarishaji wa precipitation.

Ulinganifu kati ya modeli na kipimo

Modeli ya uimarishaji ya waandishi huzalisha tena umbo la jumla la maksimumu mbili katika yield strength ya majaribio. Mchango wa kukata uliokokotolewa wa awamu β″ unaonyesha tabia ya vilele viwili katika muda wa ageing na unafuatana kwa karibu na mabadiliko ya sehemu ya ujazo ya β″. Mchango wa Orowan wa chembe zenye Si nyingi huongezeka wazi ageing inavyoendelea.

Modeli si kamilifu. Katika 8 saa za kwanza, kutokujumuisha katika modeli upotevu wa nguvu unaohusiana na kuyeyuka kwa awamu metastable za Al-Si huacha thamani iliyokokotolewa ikiwa juu kidogo kuliko kipimo. Katika 48 saa, kuhesabu kwa kujitegemea nafasi kati ya β′/β na chembe zenye Si nyingi hakuwakilishi vya kutosha usambazaji halisi uliochanganyika wa chembe, hivyo modeli hukadiria yield strength ya majaribio kuwa chini kuliko ilivyo.

Nafasi ya chembe za kiini-ganda katika tabia ya kuvunjika

Nyuso za kuvunjika katika hali za vilele vya 8 na 24 saa zinaonyesha hasa sifa za fracture ductile zinazoundwa na dimples na tear ridges. Ingawa baadhi ya viimarishaji vya kiini-ganda huvunjika, katika uchunguzi wa sehemu ya msalaba ncha ya ufa hubutuka inapohama kutoka eneo la chembe kwenda kwenye matrix ya Al.

Utafiti unahusisha tabia hii na uwezo wa kiini ductile cha Ti na matrix ya Al kupunguza kasi ya uenezaji wa ufa kuzunguka ganda brittle la intermetali. Kuhifadhiwa kwa kiasi kikubwa kwa jiometri ya kiini-ganda wakati wa ageing huruhusu athari hii ya kubutua ufa kuendelea katika hali zote mbili za vilele.

Matokeo ambayo utafiti unaunga mkono na usiyounga mkono

Utafiti unaunga mkono: Katika kompoziti ya Ti@(Al-Si-Ti)P/A356Al iliyochunguzwa, wakati wa ageing katika 170 °C vilele viwili vya sifa za kimekanika hutokea katika 8 na 24 saa. Matokeo ya TEM yanaonyesha kuwa awamu β″ ina nafasi ya msingi katika vilele vyote viwili, na kwamba kilele cha pili pia kinaungwa mkono na mchango unaoongezeka wa Orowan wa chembe zenye Si nyingi.

Utafiti hauungi mkono: Haijaonyeshwa kuwa optimum zile zile za 8 na 24 saa zitatokea katika aloi zote za A356 au kompoziti zote za Al zilizoimarishwa kwa chembe. Utafiti haufanyi vipimo vya muda mrefu vya fatigue, wear, corrosion au service life katika kiwango cha uzalishaji wa viwandani. Mekanizimu ya kilele cha pili pia haikutolewa kutoka kwa curve ya kimekanika pekee; inategemea tafsiri ya pamoja ya TEM na modeli ya uimarishaji katika sampuli zilizochunguzwa.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Nyenzo za kuanzia

Muundo nominal wa poda ya aloi A356 ni Al-7Si-0.24Mg kwa asilimia ya uzito, na ukubwa wa wastani wa chembe ni 19,44 µm. Poda safi ya Ti ina usafi wa %98,82 na ukubwa wa wastani wa chembe 19,85 µm. Muundo wa kuanzia uliundwa ili kutoa %10 Al3Ti kwa ujazo ikiwa Ti itaitikia kikamilifu na A356.

Mchakato wa powder-thixoforming

Poda zilichanganywa kwa uwiano uliobuniwa. Uwiano wa uzito wa mpira/poda ni 5, kasi ya mzunguko ni 100 rad/dak na muda wa jumla wa kuchanganya ni dakika 40. Baada ya kila dakika 10 za kusaga, dakika 5 za kupoza zilitumika na mwelekeo wa mzunguko ukageuzwa.

Mchanganyiko ulipresiwa katika vacuum hot press katika 200 °C chini ya mzigo wa 440 kN kwa dakika 30 na kufanywa billet ya silinda yenye kipenyo cha 45 mm. Billet hizo baadaye ziliyeyushwa tena kwa sehemu katika 595 °C kwa dakika 50 chini ya vacuum iliyo chini ya \(10^{-2}\) torr, zikahamishwa haraka hadi kwenye mould iliyopashwa awali hadi 200 °C na thixoforming ikafanywa kwa sekunde 20 chini ya shinikizo la 190 MPa.

Heat treatment

Kompoziti zilikatwa kwa wire electrical discharge machining katika mwelekeo wa radial kuwa vipande vya unene wa 2 mm. Sampuli zilifanyiwa solution treatment katika 545 °C kwa 1 saa, kisha quenching ya haraka katika maji ya 60 °C. Ili kupunguza athari ya natural ageing, artificial ageing ilianza ndani ya saa moja baada ya quenching.

Joto la ageing ni 170 °C na muda ulibadilishwa kati ya 1 na 48 saa. Baada ya ageing, sampuli zilipozwa kwa kawaida hewani.

Vipimo vya kimekanika

Vickers microhardness ilipimwa kwa kifaa cha WILSON VH1202 chini ya mzigo wa 100 g na muda wa kushikilia wa sekunde 15. Wastani wa vipimo vitano halali ulitumika kwa kila hali.

Vipimo vya mvutano vilifanywa katika mashine ya majaribio ya universal ya elektroniki Model 5982 kwenye joto la kawaida. Gauge length ya sampuli ilikuwa 10 mm, na sehemu ya msalaba 2 mm × 2,5 mm. Kasi ya mvutano ilikuwa 0,5 mm/dak; strain ilipimwa kwa video extensometer na tensile strengths zilitolewa kama wastani wa sampuli tatu.

Uainishaji wa mikrostruktura na precipitates

Mikrostruktura ya jumla ilichunguzwa kwa darubini ya macho LSM 800 na QUANTA FEG 450 SEM iliyo na EDS. Precipitates ziliainishwa katika kifaa cha FEI Talos F200X (S)TEM katika accelerating voltage ya 200 keV kwa kutumia SAED, BF, HRTEM, HAADF-STEM na mbinu za EDS mapping.

TEM foils ziliandaliwa kwa electropolishing katika electrolyte yenye %5 perchloric acid na %95 ethanol katika −30 °C na 40 V, kisha zikafanywa nyembamba kwa Gatan 695 ion polisher kwa accelerating voltage ya 3–5 keV na pembe za sputtering za 3–8°.

Sifa kuu za kimekanika

Onyo kuhusu tofauti ya namba ndani ya chanzo: Jedwali 1 linatoa ugumu wa 24 saa kama 102,3 HV, huku maandishi makuu na sehemu ya hitimisho ya utafiti huo huo ikiripoti 105,3 HV. Vivyo hivyo, Jedwali 1 na muhtasari vinatoa yield strength ya 8 saa kama 237,2 MPa, huku sehemu za utangulizi na hitimisho zikitumia 238,0 MPa. Kwa kuwa tofauti hizi hazijatatuliwa ndani ya chanzo, Verianla haijaziunganisha kimya kimya kuwa thamani moja.

Mageuzi ya precipitates za umbo la chembe

Katika 12 saa za kwanza, sehemu ya ujazo ya kundi hili la chembe hupungua; chanzo kinahusisha kupungua huku na kuyeyuka kwa awamu metastable za Al-Si zilizobaki kutoka mwanzo. Kuanzia 24 saa, mwelekeo hubadilika kutokana na precipitation kubwa ya chembe mpya zenye Si nyingi.

Mabadiliko muhimu ya precipitates za aina ya β

Jedwali hili linatoa mojawapo ya ushahidi muhimu zaidi wa kiasi kwa mekanizimu ya vilele viwili: sehemu ya ujazo ya β″ ni ya juu katika 8 saa, hupungua katika 12 saa, lakini huongezeka tena katika 24 saa. Wakati huohuo, precipitates β″ za 24 saa zina eneo kubwa zaidi la sehemu ya msalaba kuliko precipitates β″ za 8 saa.

Ulinganisho wa kimekanika wa kilele cha kwanza na cha pili

Ikilinganishwa na hali ya as-cast, katika hali ya 8 saa yield strength huongezeka kwa takriban %72,8 na UTS kwa %25,2. Katika hali ya 24 saa, ongezeko ni %82,2 na %29,5 mtawalia. Mrefuko wakati wa kuvunjika hubaki juu ya %8 katika vilele vyote viwili ingawa ni chini kidogo kuliko katika hali ya as-cast.

Katika 48 saa, yield strength bado iko katika kiwango cha 246,2 MPa; hata hivyo, kushuka kwa mrefuko wakati wa kuvunjika hadi %6,2 kunaonyesha kuwa plateau ya juu ya ageing si bila gharama kwa ductility.

Mantiki ya modeli ya uimarishaji

Utafiti unashughulikia kabla ya ageing michango ya grain refinement, geometrically necessary dislocations, thermal mismatch, load transfer na solid solution inayotokana na chembe za kiini-ganda, kwa kutumia mfumo wa modeli ya awali. Kwa kuwa ukubwa wa chembe za msingi za Al na za kiini-ganda hubaki kwa kiasi kikubwa thabiti wakati wa ageing, hesabu kuu ya utafiti huu inalenga precipitation strengthening.

Kwa kuchukua yield strength ya ageing 0 h kama thamani ya kuanzia:

\[ \sigma_{cy} = \sigma_i + \sigma_p + \sigma_{SS} \]

uhusiano huu ulitumika kutathmini yield strength ya majaribio kupitia michango ya precipitation na solid solution.

Kikomo cha tafsiri ya modeli

Yield strengths zilizokokotolewa na za majaribio zinaendana kwa jumla katika mwelekeo wa vilele viwili; hata hivyo, modeli haiwakilishi kwa ukamilifu mwingiliano wote. Hasa, mchango hasi wa kuyeyuka kwa awamu metastable ya Al-Si ya mwanzo haukujumuishwa katika modeli katika saa za kwanza; katika 48 saa usambazaji halisi wa nafasi wa familia tofauti za precipitates zinazochanganyika umerahisishwa. Kwa hiyo, modeli ni chombo cha maelezo ya kifizikia kinachounga mkono mekanizimu; si modeli kamilifu ya utabiri inayochukua nafasi ya vipimo moja kwa moja.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Utafiti asilia: The precipitate evolution and strengthening mechanisms of double-peak behavior in aged Ti@(Al-Si-Ti)P/A356Al composites.

Waandishi: Zhiguo Zhang, Tijun Chen, Min Gao, Pengpeng Pu.

Mwandishi wa mawasiliano: Tijun Chen.

Taasisi: School of Materials Science and Engineering, Lanzhou University of Technology; State Key Laboratory of Advanced Processing and Recycling of Nonferrous Metals, Lanzhou University of Technology; School of Materials and New Energy, Ningxia University.

Jukwaa: SSRN.

SSRN Abstract ID: 7379988.

DOI: 10.2139/ssrn.7379988.

Tarehe rasmi ya usajili: 31 Agosti 2026.

Aina ya chanzo: Utafiti wa majaribio wa sayansi ya nyenzo na precipitation hardening; preprint.

Hali ya peer review: PDF ya chanzo inaeleza wazi kuwa utafiti bado haujapitia peer review.

Leseni/hakimiliki: Rekodi ya SSRN ina hali ya “All rights reserved. No reuse allowed without permission”. Kwa hiyo, paneli asilia za microscopy, mipangilio ya figures na muundo wa tables hazikunakiliwa ndani ya Verianla; ukweli wa kisayansi na data za namba zilipangwa upya katika muundo huru wa kufundishia.

Ufadhili: National Natural Science Foundation of China, grant No. 51564035.

Mgongano wa maslahi: Waandishi hawakuripoti maslahi yoyote ya kifedha yanayojulikana au uhusiano wa kibinafsi ulioathiri utafiti.

Upatikanaji wa data: Chanzo kinaeleza kuwa data zitatolewa kwa ombi.

CRediT: Zhiguo Zhang — uundaji wa dhana, mbinu, utafiti, usimamizi wa data, uchambuzi rasmi, uoneshaji na rasimu ya kwanza; Tijun Chen — uundaji wa dhana, mbinu, usimamizi, utoaji wa rasilimali, ufadhili na mapitio/uhariri; Min Gao — mbinu, uchambuzi rasmi na mapitio/uhariri; Pengpeng Pu — utafiti.

Kikomo kikuu cha kimetodolojia: Matokeo yalipatikana kwa mfumo mmoja wa kompoziti na joto moja la artificial ageing la 170 °C. Ingawa uhusiano wa mikrostruktura na nguvu unaungwa mkono na ushahidi mkubwa wa TEM na mechanical modelling, njia tofauti za uzalishaji, uwiano tofauti wa viimarishaji na hali za huduma hazijathibitishwa ndani ya upeo wa utafiti.

Kutokulingana kwa namba ndani ya chanzo: Ugumu wa 24 saa umetolewa kama 102,3 HV katika Jedwali 1 na 105,3 HV katika maandishi makuu na hitimisho; yield strength ya 8 saa imetolewa kama 237,2 MPa katika Jedwali 1 na muhtasari, na 238,0 MPa katika sehemu za utangulizi na hitimisho. Verianla haijaunganisha tofauti hizi kimya kimya.