Наследственное влияние деформированных отходов на эффективность модифицирования сплавов систем Al–Si–Mg и Al–Mg

   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.

1. 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.

2. Sigworth G. K., Kuhn T. A. Grain refinement of aluminum casting alloys. Int. J. Metalcast. 2007. Vol. 1. Iss. 1. Р. 31—40.

3. 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.

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

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

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

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.).

22. 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.

23. 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.).

24. 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.).

25. 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.