cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2017-4-46-52cvmet-559Research ArticleЛитейное производствоFoundryВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ, ПЛОТНОСТЬ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДЕФОРМИРУЕМЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al–MgINFLUENCE OF VARIOUS TREATMENT TYPES ON THE STRUCTURE, DENSITY, AND ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF AL–MG SYSTEM WROUGHT ALLOYSНикитинК. В.NikitinK. V.

докт. техн. наук, доцент, декан факультета машиностроения, металлургии и транспорта 

Dr. Sci. (Eng.), Associate prof., Dean of the Faculty of mechanical engineering, metallurgy and transport

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

докт. техн. наук, проф., зав. кафедрой «Литейные и высокоэффективные технологии» 

Dr. Sci. (Eng.), Prof., Head of the Department of foundry and high-efficiency technologies

tlp@samgtu.ruКривопаловД. С.KrivopalovD. S.

канд. техн. наук, ассистент кафедры «Литейные и высокоэффективные технологии» 

Cand. Sci. (Eng.), Assistant, Department of foundry and high-efficiency technologies

tlp@samgtu.ruГлущенковВ. А.GlushchenkovV. A.

канд. техн. наук, профессор кафедры обработки металлов давлением (ОМД), науч. руководитель лаборатории «Прогрессивные технологические процессы пластического деформирования» (НИЛ-41) 

Cand. Sci. (Eng.), Prof., Department of metal forming, scientific, Director of the Laboratory «Advanced technological processes of plastic deformation» (SRL-41)

imp@ssau.ruЧерниковД. Г.ChernikovD. G.

канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник НИЛ-41, ассистент кафедры ОМД 

Cand. Sci. (Eng.), Senior researcher, SRL-41, Assistant, Department of metal forming

omd@ssau.ruСамарский государственный технический университет (СамГТУ)РоссияSamara State Technical University (SSTU)Russian FederationСамарский национальный исследовательский университет им. акад. С.П. Королева (СНИУ)РоссияSamara National Research University (SNRU)Russian Federation201705092017044652Copyright © Никитин К.В., Никитин В.И., Кривопалов Д.С., Глущенков В.А., Черников Д.Г., 20172017Никитин К.В., Никитин В.И., Кривопалов Д.С., Глущенков В.А., Черников Д.Г.Nikitin K.V., Nikitin V.I., Krivopalov D.S., Glushchenkov V.A., Chernikov D.G.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/559

Выполнено сравнительное исследование по влиянию модифицирующих лигатур AlZr4, AlZr10 и AlSc2, а также магнит-но-импульсной обработки (МИО) на плотность (в жидком и твердом состояниях), электропроводность (в твердом со-стоянии) и макроструктуру сплавов АМг5 и АМг6. Лигатурные расплавы заливались в специальные устройства, обеспечивающие скорости охлаждения при кристаллизации ~102, ~103 и ~106 °С/с. Лигатуры вводились в расплавы из расчета 0,01% по элементу-модификатору. Показано, что модифицирующая обработка расплавов добавками зародышеобразующих лигатур способствует повышению плотности сплавов в жидком и твердом состояниях. Электропроводность сплавов с добавками лигатур AlZr4 и AlZr10 снижается. Введение лигатуры AlSc2 вызывает повышение электропроводности сплавов АМг5 и АМг6. Данный эффект установлен впервые и требует дополнительных исследований. Установлено, что по сравнению с лигатурами AlZr4 и AlZr10 наибольшее влияние на физические свойства сплавов оказывает лигатура AlSc2, полученная кристаллизацией в водоохлаждаемом валковом кристаллизаторе. Также она обеспечивает максимальное измельчение макрозерна. Магнитно-импульсная обработка расплавов по осевой схеме воздействия, как и введение модифицирующих лигатур, способствуют увеличению плотности сплавов в жидком и твердом состояниях. Электропроводность после МИО повышается, как и после добавки в расплавы лигатуры AlSc2. Измельчение макрозерна сплавов при МИО сопоставимо с модифицированием лигатурой AlZr4. На основании сравнительных исследований сделан вывод о том, что МИО можно отнести к физическим способам модифицирования. Методики определения плотности и электропроводности предлагается использовать для экспрессной оценки модифицирующей эффективности исследованных воздействий.

 

 

 

 

A comparative study was carried out to determine the effect of AlZr4, AlZr10 and AlSc2 modifying master-alloys and magnetic-pulse treatment (MPT) on the density (in liquid and solid state), electrical conductivity (in solid state) and macrostructure of AMg5 and AMg6 alloys. Molten master alloys were poured into special devices to ensure a cooling rate of ~102, ~103 and ~106 °C/s during crystallization. Master alloys were introduced into the melts at the rate of 0.01% per modifier element. It is shown that melt modification with nucleating additives contributes to higher alloy density in liquid and solid states. The electrical conductivity of the alloys with AlZr4 and AlZr10 master alloys added is lower. The AlSc2 master alloy introduction causes an increase in the electrical conductivity of AMg5 and AMg6 alloys. This effect is observed for the first time and requires additional research. It is found that the AlSc2 master alloy obtained by crystallization in a water-cooled roller mold has the greatest influence on the physical properties of alloys in comparison with AlZr4 and AlZr10 master alloys. It also provides maximum macrograin refinement. Magnetic-pulse treatment (MPT) of melts following the axial scheme of impact contributes to higher density of alloys in liquid and solid states similar to the introduction of modifying master alloys. Electrical conductivity increases after MPT as with the AlSc2 master alloy added to melts. Alloy macrograin refinement at magnetic-pulse treatment is comparable with the addition of the AlZr4 modifying master alloy. The comparative studies allow for the conclusion that magnetic-pulse treatment can be attributed to physical modification methods. The methods of density and electrical conductivity determination can be used for express evaluation of the studied effects for their modifying effectiveness.

 

 

 

 

сплавы системы Al–Mgслиткиплотностьэлектропроводностьмодифицирующие лигатурымагнитно-импульсная обработкамакроструктураAl-Mg system alloysingotsdensityelectrical conductivitymodifying master alloysmagnetic-pulse treatmentmacrostructureReferencesMordike B.L., Ebert T. Magnesium. Properties — applications — potential. Mater. Sci. Eng. 2001. Vol. 302. Р. 37—45.Mordike B.L., Ebert T. Magnesium. Properties — applications — potential. Mater. Sci. Eng. 2001. Vol. 302. Р. 37—45.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 Metallurgy and 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 Metallurgy and Metal Ceram. 2010. Vol. 49. No. 7-8. Р. 430—437.Wang Xu, Chen Guoqin, Li Bing, Wu Lianmei, Jiang Da-ming. 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 Da-ming. 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. and 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. and 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. Characteriz. 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. Characteriz. 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.Huizhong Li, Haijun Wang, Xiaopeng Liang, Yan Wang, Hongting Liu. Effect of Sc and Nd on the microstructure and mechanical properties of Al—Mg—Mn alloy. J. Mater. Eng. Perf. 2012. Vol. 21. No. 1. Р. 83—88.Huizhong Li, Haijun Wang, Xiaopeng Liang, Yan Wang, Hongting Liu. Effect of Sc and Nd on the microstructure and mechanical properties of Al—Mg—Mn alloy. J. Mater. Eng. Perf. 2012. Vol. 21. No. 1. Р. 83—88.Kumar S., Hari Babu N., Scamans G.M., Fan Z. Influence of intensive melt shearing on the microstructure and mechanical properties of an Al—Mg alloy with high added impurity content. Metal. Mater. Trans. A. 2011. Vol. 42А. Р. 3141—3149.Kumar S., Hari Babu N., Scamans G.M., Fan Z. Influence of intensive melt shearing on the microstructure and mechanical properties of an Al—Mg alloy with high added impurity content. Metal. Mater. Trans. A. 2011. Vol. 42А. Р. 3141—3149.Eskin G.I. Improvement of the structure and properties of ingots and worked Aluminum alloy semifinished products by melt ultrasonic treatment in a cavitation regime. Metallurgist. 2010. Vol. 54. No. 7-8. Р. 505—513.Eskin G.I. Improvement of the structure and properties of ingots and worked Aluminum alloy semifinished products by melt ultrasonic treatment in a cavitation regime. Metallurgist. 2010. Vol. 54. No. 7-8. Р. 505—513.Murashkin M.Yu., Kil’mametov A.R., Valiev R.Z. Structure and mechanical properties of an aluminum alloy 1570 subjected to severe plastic deformation by high-pressure torsion. Phys. Met. and Metallograph. 2008. Vol. 106. No. 1. Р. 90—96.Murashkin M.Yu., Kil’mametov A.R., Valiev R.Z. Structure and mechanical properties of an aluminum alloy 1570 subjected to severe plastic deformation by high-pressure torsion. Phys. Met. and Metallograph. 2008. Vol. 106. No. 1. Р. 90—96.Hanbing Xu, Thomas T. Meek, Qingyou Han. Effects of ultrasonic field and vacuum on degassing of molten aluminum alloy. Mater. Let. 2007. Vol. 61. No. 4-5. P. 1246—1250.Hanbing Xu, Thomas T. Meek, Qingyou Han. Effects of ultrasonic field and vacuum on degassing of molten aluminum alloy. Mater. Let. 2007. Vol. 61. No. 4-5. P. 1246—1250.Deev V.B., Selyanin I.F., Kutsenko A.I., Belov N.A., Ponomareva K.V. Promising resource saving technology for processing melts during production of cast aluminum alloys. Metallurgist. 2015. Vol. 58. No. 11-12. P. 1123— 1127.Deev V.B., Selyanin I.F., Kutsenko A.I., Belov N.A., Ponomareva K.V. Promising resource saving technology for processing melts during production of cast aluminum alloys. Metallurgist. 2015. Vol. 58. No. 11-12. P. 1123— 1127.Селянин И.Ф., Деев В.Б., Белов Н.А., Приходько О.Г., Пономарева К.В. Физические модифицирующие воздействия и их влияние на кристаллизацию литейных сплавов // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2015. No. 3. С. 56—59; Selyanin I. F., Deev V.B., Belov N.A., Prikhodko O.G., Ponomareva K.V. Physical modifying effects and their influence on the crystallization of casting alloys. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2015. Vol. 56. No. 4. P. 434—436.Селянин И.Ф., Деев В.Б., Белов Н.А., Приходько О.Г., Пономарева К.В. Физические модифицирующие воздействия и их влияние на кристаллизацию литейных сплавов // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2015. No. 3. С. 56—59; Selyanin I. F., Deev V.B., Belov N.A., Prikhodko O.G., Ponomareva K.V. Physical modifying effects and their influence on the crystallization of casting alloys. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2015. Vol. 56. No. 4. P. 434—436.Li Q.L., Xia T.D., Lan Y.F., Li P.F. Effects of melt superheat treatment on microstructure and wear behaviours of hypereutectic Al—20Si alloy. Mater. Sci. Technol. 2014. Vol. 30. No. 7. P. 835—841.Li Q.L., Xia T.D., Lan Y.F., Li P.F. Effects of melt superheat treatment on microstructure and wear behaviours of hypereutectic Al—20Si alloy. Mater. Sci. Technol. 2014. Vol. 30. No. 7. P. 835—841.Jian X., Xu H., Meek T. T., Han Q. Effect of power ultrasound on solidification of aluminium A356 alloy. Mater. Let. 2005. No. 59. P. 190—193.Jian X., Xu H., Meek T. T., Han Q. Effect of power ultrasound on solidification of aluminium A356 alloy. Mater. Let. 2005. No. 59. P. 190—193.Nikitin K.V., Nikitin V.I., Timoshkin I.Yu. Upravlenie kachestvom litykh izdelii iz alyuminievykh splavov na osnove yavleniya strukturnoi nasledstvennosti [Quality control of cast products from aluminium alloys based on the phenomenon of structural heredity]. Moscow: Radynitsa, 2015.Nikitin K.V., Nikitin V.I., Timoshkin I.Yu. Upravlenie kachestvom litykh izdelii iz alyuminievykh splavov na osnove yavleniya strukturnoi nasledstvennosti [Quality control of cast products from aluminium alloys based on the phenomenon of structural heredity]. Moscow: Radynitsa, 2015.Никитин К.В., Амосов Е.А., Никитин В.И., Глущенков В.А., Черников Д.Г. Теоретическое и экспериментальное обоснование обработки расплавов на основе алюминия импульсными магнитными полями // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2015. No. 5. С. 11—19; Niki-tin K.V., Amosov E.A., Nikitin V.I., Glushchenkov V.A., Chernikov D.G. Theoretical and experimental substantiation of treatment of aluminum based melts by pulsed magnetic fields. Russ. J. Non Ferr. Met. 2015. Vol. 56. No. 6. Р. 599—605.Никитин К.В., Амосов Е.А., Никитин В.И., Глущенков В.А., Черников Д.Г. Теоретическое и экспериментальное обоснование обработки расплавов на основе алюминия импульсными магнитными полями // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2015. No. 5. С. 11—19; Niki-tin K.V., Amosov E.A., Nikitin V.I., Glushchenkov V.A., Chernikov D.G. Theoretical and experimental substantiation of treatment of aluminum based melts by pulsed magnetic fields. Russ. J. Non Ferr. Met. 2015. Vol. 56. No. 6. Р. 599—605.Никитин К.В., Никитин В.И., Тимошкин И.Ю., Глущенков В.А., Черников Д.Г. Обработка расплавов магнитно-импульсными полями с целью управления структурой и свойствами промышленных силуминов // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2016. No. 2. С. 34—42; Nikitin K.V., Nikitin V.I., Glushchenkov V.A., Timoshkin I.Yu., Chernikov D.G. Melt treatment by pulsed magnetic fields aimed at controlling the structure and properties of industrial silumins. Russ. J. Non Ferr. Met. 2016. Vol. 57. No. 3. Р. 207—210.Никитин К.В., Никитин В.И., Тимошкин И.Ю., Глущенков В.А., Черников Д.Г. Обработка расплавов магнитно-импульсными полями с целью управления структурой и свойствами промышленных силуминов // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2016. No. 2. С. 34—42; Nikitin K.V., Nikitin V.I., Glushchenkov V.A., Timoshkin I.Yu., Chernikov D.G. Melt treatment by pulsed magnetic fields aimed at controlling the structure and properties of industrial silumins. Russ. J. Non Ferr. Met. 2016. Vol. 57. No. 3. Р. 207—210.Nikitin K.V., Nikitin V.I., Chernikov D.G. Application of structural in heritance phenomenon at producing the Al—Mg system alloys. Key Eng. Mater. 2016. Vol. 684. P. 269—272.Nikitin K.V., Nikitin V.I., Chernikov D.G. Application of structural in heritance phenomenon at producing the Al—Mg system alloys. Key Eng. Mater. 2016. Vol. 684. P. 269—272.Никитин К.В., Никитин В.И., Тимошкин И.Ю., Кривопалов Д.С., Черников Д.Г. Наследственное влияние структуры шихтовых металлов на плотность алюминиевых расплавов системы Al—Si // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2014. No. 6. С. 22—27; Nikitin K.V., Nikitin V.I., Timoshkin I.Yu., Krivopalov D.S., Chernikov D.G. Hereditary influence of the structure of charge materials on the density of aluminum alloys of the Al— Si system. Russ. J. Non Ferr. Met. 2015. Vol. 56. No. 1. Р. 20—25.Никитин К.В., Никитин В.И., Тимошкин И.Ю., Кривопалов Д.С., Черников Д.Г. Наследственное влияние структуры шихтовых металлов на плотность алюминиевых расплавов системы Al—Si // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2014. No. 6. С. 22—27; Nikitin K.V., Nikitin V.I., Timoshkin I.Yu., Krivopalov D.S., Chernikov D.G. Hereditary influence of the structure of charge materials on the density of aluminum alloys of the Al— Si system. Russ. J. Non Ferr. Met. 2015. Vol. 56. No. 1. Р. 20—25.Lamikhov L.K., Samsonov G.V. O modifitsirovanii alyuminiya i splava AL7 perekhodnymi metallami [About the modification of aluminium and alloy AL7 transition metals]. Tsvet. metally. 1964. No. 1. P. 24.Lamikhov L.K., Samsonov G.V. O modifitsirovanii alyuminiya i splava AL7 perekhodnymi metallami [About the modification of aluminium and alloy AL7 transition metals]. Tsvet. metally. 1964. No. 1. P. 24.

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