cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ "МИСИС"10.17073/0022-3438-2022-3-38-46cvmet-1376Research ArticleЛитейное производствоFoundryНаследственное влияние деформированных отходов на эффективность модифицирования сплавов систем Al–Si–Mg и Al–MgHereditary influence of deformed waste on the efficiency of Al–Si–Mg and Al–Mg alloy modificationНикитинК. В.NikitinK. V.

докт. техн. наук, проф., декан

факультет машиностроения, металлургии и транспорта

443100

ул. Молодогвардейская, 244

Самара

Doctor of Technical Sciences, Professor, Dean

Faculty of Mechanical Engineering, Metallurgy and Transport

443100

Molodogvardeyskaya str., 244

Samara

kvn-6411@mail.ruНикитинВ. И.NikitinV. I.

докт. техн. наук, проф., зав. кафедрой

кафедра «Литейные и высокоэффективные технологии»

Самара

Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department

Department of Foundry and High-efficiency Technologies

Samara

tlp@samgtu.ruТимошкинИ. Ю.TimoshkinI. Yu.

канд. техн. наук, доцент

кафедра «Литейные и высокоэффективные технологии» 

Самара

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Department of Foundry and High-efficiency Technologies

Samara

ivan-mns@mail.ruБиктимировР. М.BiktimirovR. M.

инженер, ассистент

кафедра «Литейные и высокоэффективные технологии»

Самара

engineer, assistant

Department of Foundry and High-efficiency Technologies

Samara

r.biktimirov1995@gmail.comНовиковА. П.NovikovA. P.

магистрант

кафедра «Литейные и высокоэффективные технологии»

Самара

master's student

Department of Foundry and High-efficiency Technologies

Samara

tlp@samgtu.ruСамарский государственный технический университет (СамГТУ)РоссияSamara State Technical University (SSTU)Russian Federation202215062022033846Copyright © Никитин К.В., Никитин В.И., Тимошкин И.Ю., Биктимиров Р.М., Новиков А.П., 20222022Никитин К.В., Никитин В.И., Тимошкин И.Ю., Биктимиров Р.М., Новиков А.П.Nikitin K.V., Nikitin V.I., Timoshkin I.Y., Biktimirov R.M., Novikov A.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1376

   Представлены результаты исследований по влиянию состава шихты на структуру и механические свойства литейных алюминиевых сплавов систем Al–Si–Mg (АК9ч) и Al–Mg (АМг6л). Показано, что вовлечение в состав шихты деформированных отходов (электротехнических отходов алюминия и баночных отходов на основе сплава 3104 – для АК9ч; пластин сплава АМг6 – для АМг6л) способствует формированию дисперсной микро- и макроструктуры рабочих сплавов в твердом состоянии. Исследовано влияние модифицирования (лигатура AlSr20 – для АК9ч; лигатура AlTi5 – для АМг6л) на структуру и механические свойства сплавов, полученных по различным вариантам шихты. Эксперименты по влиянию состава шихты на модифицируемость сплавов АК9ч и АМг6л выявили, что структура деформированных отходов частично наследуется рабочими сплавами через жидкое состояние. При близких химических составах меньшими размерами микро- и макроструктуры и повышенными механическими свойствами (предел прочности и относительное удлинение при растяжении) характеризуются сплавы, полученные с использованием повышенной доли деформированных отходов в составе шихты. Установлено, что в таких сплавах превышение определенного количества элемента-модификатора (0,06 % Sr – для сплава АК9ч; 0,04 % Ti – для сплава АМг6л) обуславливает проявление эффекта перемодифицирования. Это выражается вь укрупнении параметров микро- и макроструктуры, а также снижении предела прочности при растяжении. Полученные результаты показывают, что оптимальное количество доли деформированных отходов в составе шихты позволит на практике сократить расход дорогостоящих модифицирующих лигатур с обеспечением гарантированного эффекта от модифицирования.

   The paper provides the results of studies into the effect of the charge composition on the structure and mechanical properties of Al–Si–Mg (AK9ch) and Al–Mg (AMg6l) cast aluminum alloys. It was shown that deformed waste included in the charge composition (electrical waste of aluminum and waste of beverage cans based on the 3104 alloy – for AK9ch; AMg6 alloy plates – for AMg6l) contributes to the formation of dispersed micro- and macrostructure of working alloys in the solid state. The effect of modification (AlSr20 master alloy – for AK9ch; AlTi5 master alloy – for AMg6l) on the structure and mechanical properties of alloys obtained with various charge options was studied. Experiments on the effect of the charge composition on the AK9ch and AMg6l modifiability showed that the deformed waste structure is partially inherited by working alloys through the liquid state. With similar chemical compositions, alloys obtained with an increased proportion of deformed waste in the charge composition feature by smaller micro- and macrostructure sizes and improved mechanical properties (tensile strength and tensile elongation). It was found that when a certain amount of the modifier element (0.06 % Sr for the AK9ch alloy; 0.04 % Ti for the AMg6l alloy) is exceeded in these alloys, the over-modification effect appears. This is expressed in enlarged micro- and macrostructure parameters, as well as lowered tensile strength. The results obtained show that the optimal amount of the deformed waste proportion in the charge composition will make it possible to reduce the consumption of expensive modifying master alloys with a guaranteed effect of modification in practice.

алюминиевые сплавыдеформированные отходымодифицированиеструктурамеханические свойстваявление структурной наследственностиaluminum alloysdeformed wastemodificationstructuremechanical propertiesstructural heredity phenomenonReferencesMurty B. S., Kori S. A., Chakraborty M. Grain refinement of aluminium and its alloys by heterogeneous nucleation and alloying. Int. Mater. Rev. 2002. Vol. 47. No. 1. P. 3—29.Murty B. S., Kori S. A., Chakraborty M. Grain refinement of aluminium and its alloys by heterogeneous nucleation and alloying. Int. Mater. Rev. 2002. Vol. 47. No. 1. P. 3—29.Sigworth G. K., Kuhn T. A. Grain refinement of aluminum casting alloys. Int. J. Metalcast. 2007. Vol. 1. Iss. 1. Р. 31—40.Sigworth G. K., Kuhn T. A. Grain refinement of aluminum casting alloys. Int. J. Metalcast. 2007. Vol. 1. Iss. 1. Р. 31—40.Sigworth G. K. The modification of Al—Si casting alloys: Important practical and theoretical aspects. Int. J. Metalcast. 2008. Vol. 2. No. 2. Р. 19—40.Sigworth G. K. The modification of Al—Si casting alloys: Important practical and theoretical aspects. Int. J. Metalcast. 2008. Vol. 2. No. 2. Р. 19—40.Faraji M., Katgerman L. Grain refinement and modification in hypoeutectic Al—Si alloys. Foundry Trade J. 2010. Vol. 184. P. 315—318.Faraji M., Katgerman L. Grain refinement and modification in hypoeutectic Al—Si alloys. Foundry Trade J. 2010. Vol. 184. P. 315—318.Lakhwinder S., Geetesh G., Rupinderpreet S. Review of the latest developments in grain refinement. Int. J. Modern Eng. Res. 2012. Vol. 2. Iss. 4. Р. 2724—2727.Lakhwinder S., Geetesh G., Rupinderpreet S. Review of the latest developments in grain refinement. Int. J. Modern Eng. Res. 2012. Vol. 2. Iss. 4. Р. 2724—2727.Easton M. A., Qian M., Prasad A., St John D. H. Recent advances in grain refinement of light metals and alloys. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2016. No. 20. Р. 13—24.Easton M. A., Qian M., Prasad A., St John D. H. Recent advances in grain refinement of light metals and alloys. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2016. No. 20. Р. 13—24.Zaguliaev D., Konovalov S., Ivanov Y., Gromov V. Effect of electron-plasma alloying on structure and mechanical properties of Al—Si alloy. Appl. Surf. Sci. 2019. Vol. 498. No. 143767. DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.143767.Zaguliaev D., Konovalov S., Ivanov Y., Gromov V. Effect of electron-plasma alloying on structure and mechanical properties of Al—Si alloy. Appl. Surf. Sci. 2019. Vol. 498. No. 143767. DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.143767.Aryshenskii E., Hirsch J., Yashin V., Konovalov S., Kawalla R. Influence of local inhomogeneity of thermomechanical treatment conditions on microstructure evolution in aluminum alloys. J. Mater. Eng. Perform. 2018. No. 27. P. 6780—6799.Aryshenskii E., Hirsch J., Yashin V., Konovalov S., Kawalla R. Influence of local inhomogeneity of thermomechanical treatment conditions on microstructure evolution in aluminum alloys. J. Mater. Eng. Perform. 2018. No. 27. P. 6780—6799.Rathod N. R., Manghani J. V. Effect of modifier and grain refiner on cast Al—7Si aluminum alloy: A review. Int. J. Emerg. Trends Eng. Dev. 2012. Vol. 5. No. 2. Р. 574—581.Rathod N. R., Manghani J. V. Effect of modifier and grain refiner on cast Al—7Si aluminum alloy: A review. Int. J. Emerg. Trends Eng. Dev. 2012. Vol. 5. No. 2. Р. 574—581.Fang Q., Granger D. Porosity formation in modified and unmodified A356 alloy castings. AFS Trans. 1989. No. 97. P. 989—1000.Fang Q., Granger D. Porosity formation in modified and unmodified A356 alloy castings. AFS Trans. 1989. No. 97. P. 989—1000.Safwan M. A. Al-Qawabah, Adnan I. O. Zaid. Different methods for grain refinement of materials. Int. J. Sci. Eng. Res. 2016. Vol. 7. Iss. 7. Р. 1133—1140.Safwan M. A. Al-Qawabah, Adnan I. O. Zaid. Different methods for grain refinement of materials. Int. J. Sci. Eng. Res. 2016. Vol. 7. Iss. 7. Р. 1133—1140.Rana R. S., Rajesh Purohit, Das S. Reviews on the influences of alloying elements on the microstructure and mechanical properties of aluminum. Int. J. Sci. Res. Publ. 2012. Vol. 2. Iss. 6. Р. 1—7.Rana R. S., Rajesh Purohit, Das S. Reviews on the influences of alloying elements on the microstructure and mechanical properties of aluminum. Int. J. Sci. Res. Publ. 2012. Vol. 2. Iss. 6. Р. 1—7.Timpel M., Wanderka N., Schlesiger R., Yamamoto T., Lazarev N., Isheim D., Schmitz G., Matsumura S., Banhart J. The role of strontium in modifying aluminium—silicon alloys. Acta Mater. 2012. Vol. 60. Iss. 9. P. 3920—3928.Timpel M., Wanderka N., Schlesiger R., Yamamoto T., Lazarev N., Isheim D., Schmitz G., Matsumura S., Banhart J. The role of strontium in modifying aluminium—silicon alloys. Acta Mater. 2012. Vol. 60. Iss. 9. P. 3920—3928.Chandra Sekhar Rao P. V., Satya Devi A., Basava Kumar K. G. Influence of melt treatments on dry sliding wear behavior of hypereutectic Al—15Si—4Cu cast alloys. Jordan J. Mech. Ind. Eng. 2012. Vol. 6. No. 1. P. 55—61.Chandra Sekhar Rao P. V., Satya Devi A., Basava Kumar K. G. Influence of melt treatments on dry sliding wear behavior of hypereutectic Al—15Si—4Cu cast alloys. Jordan J. Mech. Ind. Eng. 2012. Vol. 6. No. 1. P. 55—61.Averkin A. I., Korchunov B. N., Nikanorov S. P., Osipov V. N. The effect of strontium on the mechanical properties of aluminum—silicon alloy. Techn. Phys. Lett. 2016. Vol. 42. No. 2. Р. 201—203.Averkin A. I., Korchunov B. N., Nikanorov S. P., Osipov V. N. The effect of strontium on the mechanical properties of aluminum—silicon alloy. Techn. Phys. Lett. 2016. Vol. 42. No. 2. Р. 201—203.Mil’man Yu. V., Neikov O. D., Sirko A. I., Danilenko N. I., Samelyuk A. V., Zakharova N. P., Sharovskii A. I., Ivashchenko R. K., Goncharuk V. A., Chaikina N. G. Structure and properties of Al—Mg alloys depending on scandium and zirconium additions and production methods. Powder Metall. Metal Ceram. 2010. Vol. 49. No. 7—8. Р. 430—437.Mil’man Yu. V., Neikov O. D., Sirko A. I., Danilenko N. I., Samelyuk A. V., Zakharova N. P., Sharovskii A. I., Ivashchenko R. K., Goncharuk V. A., Chaikina N. G. Structure and properties of Al—Mg alloys depending on scandium and zirconium additions and production methods. Powder Metall. Metal Ceram. 2010. Vol. 49. No. 7—8. Р. 430—437.Wang Xu, Chen Guoqin, Li Bing, Wu Lianmei, Jiang Daming. Effects of Sc, Zr and Ti on the microstructure and properties of Al alloys with high Mg content. Rare Metals. 2010. Vol. 29. No. 1. Р. 66—71.Wang Xu, Chen Guoqin, Li Bing, Wu Lianmei, Jiang Daming. Effects of Sc, Zr and Ti on the microstructure and properties of Al alloys with high Mg content. Rare Metals. 2010. Vol. 29. No. 1. Р. 66—71.Shi’ang Zhou, Zhen Zhang, Ming Li, Dejiang Pan, Hailin Su, Xiaodong Du, Ping Li, Yucheng Wu. Effect of Sc on microstructure and mechanical properties of as-cast Al—Mg alloys. Mater. Design. 2016. Vol. 90. Р. 1077—1084.Shi’ang Zhou, Zhen Zhang, Ming Li, Dejiang Pan, Hailin Su, Xiaodong Du, Ping Li, Yucheng Wu. Effect of Sc on microstructure and mechanical properties of as-cast Al—Mg alloys. Mater. Design. 2016. Vol. 90. Р. 1077—1084.Kaiser M. S., Datta S., Roychowdhury A., Banerjee M. K. Effect of scandium on the microstructure and ageing behaviour of cast Al—6Mg alloy. Mater. Charact. 2008. Vol. 59. No. 11. P. 1661—1666.Kaiser M. S., Datta S., Roychowdhury A., Banerjee M. K. Effect of scandium on the microstructure and ageing behaviour of cast Al—6Mg alloy. Mater. Charact. 2008. Vol. 59. No. 11. P. 1661—1666.Kaiser M. S., Datta S., Bandyopadhyay P. P., Guha A., Roychowdhury A., Banerjee M. K. Effect of grain refinement through minor additions of scandium and zirconium on the machinability of Al—Mg alloys. J. Inst. Eng. (India): Ser. D. 2013. Vol. 94. No. 1. P. 17—24.Kaiser M. S., Datta S., Bandyopadhyay P. P., Guha A., Roychowdhury A., Banerjee M. K. Effect of grain refinement through minor additions of scandium and zirconium on the machinability of Al—Mg alloys. J. Inst. Eng. (India): Ser. D. 2013. Vol. 94. No. 1. P. 17—24.Никитин В. И. О классификации модификаторов для получения литейных и деформируемых сплавов / В. И. Никитин, К. В. Никитин // Металлургия машиностроения. – 2020. – No. 6. – С. 8—17 / Nikitin V. I., Nikitin K. V. Classification of modifiers for the production of cast and wrought alloys. Metallurgiya mashinostroeniya. 2020. No. 6. Р. 8—17 (In Russ.).Никитин В. И. О классификации модификаторов для получения литейных и деформируемых сплавов / В. И. Никитин, К. В. Никитин // Металлургия машиностроения. – 2020. – No. 6. – С. 8—17 / Nikitin V. I., Nikitin K. V. Classification of modifiers for the production of cast and wrought alloys. Metallurgiya mashinostroeniya. 2020. No. 6. Р. 8—17 (In Russ.).Никитин К. В. Влияние модифицирования расплава лигатурами на основе алюминия с добавками редкоземельных и щелочноземельных металлов на структуру и свойства доэвтектических силуминов / К. В. Никитин [и др.] // Металлург. – 2021. – No. 6. – С. 81—86 / Nikitin K. V., Nikitin V. I., Timoshkin I. Yu., Deev V. B. Effect of adding rare-earth and alkaline-earth metals to aluminum-based master alloys on the structure and properties of hypoeutectic silumines. Metallurgist. 2021. Vol. 65. No. 5—6. P. 681—688.Никитин К. В. Влияние модифицирования расплава лигатурами на основе алюминия с добавками редкоземельных и щелочноземельных металлов на структуру и свойства доэвтектических силуминов / К. В. Никитин [и др.] // Металлург. – 2021. – No. 6. – С. 81—86 / Nikitin K. V., Nikitin V. I., Timoshkin I. Yu., Deev V. B. Effect of adding rare-earth and alkaline-earth metals to aluminum-based master alloys on the structure and properties of hypoeutectic silumines. Metallurgist. 2021. Vol. 65. No. 5—6. P. 681—688.Никитин В. И. Наследственность в литых сплавах / В. И. Никитин, К. В. Никитин. – М.: Машиностроение-1, 2005 / Nikitin V. I., Nikitin K. V. Heredity in cast alloys. Мoscow: Mashinostroenie-1, 2005 (In Russ.).Никитин В. И. Наследственность в литых сплавах / В. И. Никитин, К. В. Никитин. – М.: Машиностроение-1, 2005 / Nikitin V. I., Nikitin K. V. Heredity in cast alloys. Мoscow: Mashinostroenie-1, 2005 (In Russ.).Никитин К. В. Управление качеством литых изделий из алюминиевых сплавов на основе явления структурной наследственности / К. В. Никитин, В. И. Никитин, И. Ю. Тимошкин. – М.: Радуница, 2015 / Nikitin K. V., Nikitin V. I., Timoshkin I. Yu. Quality control of cast products from aluminium alloys based on the phenomenon of structural heredity. Moscow: Radunitsa, 2015 (In Russ.).Никитин К. В. Управление качеством литых изделий из алюминиевых сплавов на основе явления структурной наследственности / К. В. Никитин, В. И. Никитин, И. Ю. Тимошкин. – М.: Радуница, 2015 / Nikitin K. V., Nikitin V. I., Timoshkin I. Yu. Quality control of cast products from aluminium alloys based on the phenomenon of structural heredity. Moscow: Radunitsa, 2015 (In Russ.).Никитин В. И. Синтезирование алюминиевых сплавов из дисперсных отходов на основе алюминия / В. И. Никитин [и др.] // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2020. – No. 5. – С. 53—62 / Nikitin V. I., Nikitina K. V., Timoshkin I. Yu., Biktimirov R. M. Synthesis of aluminum alloys from dispersed waste based on aluminum. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2020. Vol. 61. No. 6. P. 632—640.Никитин В. И. Синтезирование алюминиевых сплавов из дисперсных отходов на основе алюминия / В. И. Никитин [и др.] // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2020. – No. 5. – С. 53—62 / Nikitin V. I., Nikitina K. V., Timoshkin I. Yu., Biktimirov R. M. Synthesis of aluminum alloys from dispersed waste based on aluminum. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2020. Vol. 61. No. 6. P. 632—640.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.