Наследственное влияние структуры шихты на плотность, газосодержание и процессы затвердевания сплава системы Al-Si-Cu

Представлены результаты исследований по влиянию структуры исходных шихтовых заготовок на плотность, газосодержание и температурно-временные параметры процесса затвердевания сплава АК6М2 (Al—6%Si—2%Cu). Крупнокристаллические шихтовые заготовки (К-шихта) получали при заливке расплава в керамические формы с песчаной засыпкой, обеспечивая скорость охлаждения υ_охл ~0,5÷1,0 °С/с. Мелкокристаллическую (М) шихту готовили заливкой расплава в чугунные холодные кокили (υ_охл ~ 5 ÷10 °С/с). Полученные шихтовые заготовки раздельно переплавляли по одинаковым температурно-временным режимам, повторно производили рафинирование, дегазацию и получали пробы для оценки содержания водорода, а также определения значений плотности в жидком и твердом состояниях. Установлено, что структурная информация, унаследованная от исходных шихтовых заготовок, устойчиво сохраняется в системе «твердое-жидкое-твердое». Прямым термическим анализом установлено, что расплав, полученный из М-шихты, в процессе затвердевания характеризуется снижением температуры ликвидуса на 3 °С и температур начала и окончания затвердевания эвтектики на 10 °С и 3 °С соответственно по сравнению с расплавом, полученным из К-шихты. При этом сокращается время формирования дендритов α-Al и эвтектики в расплаве из М-шихты (на 0,4 и 0,6 мин соответственно). Результаты, полученные на установке Параболоид-4, показали, что расплав из М-шихты обладает повышенной плотностью по сравнению со сплавом из К-шихты, так как через него проходит меньшее количество импульсов в исследованном интервале температур 750-450 °С. Значения температур формирования дендритов алюминия и эвтектики, которые определены по температурным зависимостям J—t (где J — число γ-импульсов, t — температура), коррелируются с результатами прямого термического анализа. С позиции явления структурной наследственности даны обобщенные практические рекомендации по целенаправленному сохранению положительной структурной информации в сплавах на основе алюминия.

1. Nappi C. The global aluminium industry 40 years from 1972. World Aluminium. 2013. http://www.world-aluminium.org/media/filer_public/2013/02/25/an_outlook_of_the_global_aluminium_industry_1972_—_present_day.pdf .

2. Dudin M.N., Voykova N.A., Frolova E.E., Artemieva J.A., Rusakova E.P., Abashidze A.H. Modern trends and challenges of development of global aluminum industry. Metalurgija. 2017. Vol. 56. P. 255—258.

3. Djurdjevic M.B., Odanovic Z., Pavlovic-Krstic J. Melt quality control at aluminum casting plants. Metal. Mater. Eng. 2010. Vol. 16. P. 63—76.

4. McCartney D.G. Grain refining of aluminium and its alloys using inoculants. Inter. Mater. Rev. 1989. Vol. 34. No. 5. P. 247—260.

5. Murty B.S., Kori S.A., Chakraborty M. Grain refinement of aluminium and its alloys by heterogeneous nucleation and alloying. Inter. Mater. Rev. 2002. Vol. 47. No. 1. P. 3—29.

6. Никитин В.И., Никитин К.В. Наследственность в литых сплавах. М.: Машиностроение-1, 2005.

7. Никитин К.В., Никитин В.И., Тимошкин И.Ю. Управление качеством литых изделий из алюминиевых сплавов на основе явления структурной наследственности. М.: Радуница, 2015.

8. Селянин И.Ф., Деев В.Б., Кухаренко А.В. Ресурсо- и экологосберегающие технологии производства вторичных алюминиевых сплавов. Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. No. 2. С. 20—25.

9. Деев В.Б. Получение герметичных алюминиевых сплавов из вторичных материалов. М.: Флинта-Наука, 2006.

10. Sigworth G.K. The modification of Al—Si casting alloys: Important practical and theoretical aspects. Inter. J. Metalcast. 2008. Vol. 2. No. 2. Р. 19—40.

11. Rathod N.R., Manghani J.V. Effect of modifier and grain refiner on cast Al—7Si aluminum alloy: A review. Inter. J. Emerging Trends in Engineering and Development. 2012. Vol. 5. No. 2. Р. 574—581.

12. Faraji M., Katgerman L. Grain refinement and modification in hypoeutectic Al—Si alloys. Foundry Trade J. 2010. Vol. 184. P. 315—318.

13. Fang Q., Granger D. Porosity formation in modified and unmodified A356 alloy castings. AFS Trans. 1989. No. 97. P. 989—1000.

14. Zhang J., Chen H., Yu H., Jin Y. Study on dual modification of Al—17%Si alloys by structural heredity. Metals. 2015. No. 5. Р. 1112—1126.

15. Xu H., Jiana X., Meek T., Han Q. Degassing of molten aluminum A356 alloy using ultrasonic vibration. Mater. Lett. 2004. Vol. 58. P. 3669—3673.

16. Jian X. Meek T.T., Han Q. Refinement of eutectic silicon phase of aluminum A356 alloy using high-intensity ultrasonic vibration. Scripta Mater. 2006. Vol. 54. No. 5. P. 893—896.

17. Mizutani Y., Miwa K., Yasue K., Tamura T., Sakaguchi Y., Ohura Y. Effect of the electromagnetic vibration intensity on microstructural refinement of Al—7%Si alloy. Mater. Trans. 2004. Vol. 45. Nc. 6. P 1944—1948.

18. Mizutani Y., Miwa K., Yasue K., Tamura T., Sakaguchi Y., Kawai S. Effect of the intensity and frequency of elect-romagnetic vibrations on refinement of primary silicon in Al—17%Si alloy. Mater. Trans. 2004. Vol. 45. No. 6. P. 1939—1943.

19. Donii O., Narizhna T., Voron M., Berest D. Influence of the external Magnetic field on the structure and properties of the hypereutectic aluminum-silicon alloy. Mater. Sci. Non-Equilibr. Phase Trans. 2018. Vol. 4. No. 3. P. 79—82.

20. Brodova I.G., Popel P.S., Eskin G.I. Liquid metal processing: application to aluminium alloy production. N.Y.—London: Gordon&Breach, 2004.

21. Quested P., Morrell R., Dinsdale A., Chapman L. The measurement and estimation of density for selected liquid alloys. In: Proc. of the 6-th Decennial Inter. Conf. on Solidification Processing (Beaumont Estate, Old Windsor, UK, 25—28 July 2017). Liquid Metal Engineering Hub. 2017. Р. 1—5.

22. Никитин К.В., Финкельштейн А.Б., Чикова О.А., Тимошкин И.Ю. Влияние структуры лигатуры AlSi20 на микроструктуру и вязкость модельного силумина Al—6%Si в твердом и жидком состояниях. Известия вузов. Цветная металлургия. 2013. No. 3. С. 51—57.

23. 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. Известия вузов. Цветная металлургия. 2014. No. 6. С. 22—27.

24. Никитин К.В., Никитин В.И., Тимошкин И.Ю., Криво- палов Д.С., Черников Д.Г. Влияние структуры шихтовых заготовок, перегрева и времени выдержки расплавов на свойства сплавов А1—5мас.%Си в жидком и твердом состояниях. Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. No. 1. С. 33—38.

25. Ри Э.Х., Ри Хосен, Дорофеев С.В., Якимов В.И. Влияние облучения жидкой фазы наносекундными электромагнитными импульсами на ее строение, процессы кристаллизации, структурообразования и свойства литейных сплавов. Владивосток: Дальнаука, 2008.

26. Гиршович Н.Г., Нехендзи Ю.А. Затвердевание отливок / Затвердевание металлов: Тр. 2-го совещ. по теории литейных процессов. М.: Машгиз, 1958. С. 39—90.