Изучение влияния добавок Ti, Sr и B на жидкотекучесть алюминиевого сплава А356.2 (АК7пч)

В настоящее время сплавы алюминия с кремнием являются одними из наиболее распространенных конструкционных материалов. Для улучшения механических свойств алюминиевых сплавов в основном применяется модифицирование Sr, Ti и B. Однако на предприятиях при использовании возврата собственного производства и вторичных сплавов модифицирующие элементы накапливаются в сплаве в виде интерметаллидных частиц, что может приводить к снижению технологических свойств. Это связано с тем, что используемые модификаторы обладают краткосрочным действием и при переплаве не активируется, а следовательно, приходится их добавлять без учета уже содержащихся частиц интерметаллидных фаз. В данной работе исследовалось влияние добавок Sr, Ti и B на жидкотекучесть алюминиевого сплава А356.2, определенную методом вакуумного всасывания. Показано, что при использовании промышленных лигатур AlSr10 и AlTi5B1 (до 0,3 мас.% Sr и 0,5 мас. % Ti соответственно) снижения жидкотекучести не происходит. Однако при введении такого же количества Ti с помощью лигатуры AlTi4 собственного производства она заметно падает. С помощью сканирующей электронной микроскопии и микроанализа исследованы микроструктуры и фазовый состав лигатур и сплава А356.2 после добавления этих лигатур. Также проведена оценка влияния модифицирующих добавок на фазовый состав сплава и температуры фазовых превращений с помощью программы Thermo-Calc. Установлено, что влияние модифицирования на жидкотекучесть сплава А356.2 связано с формой и размером кристаллов фаз, содержащих модифицирующие элементы, в структуре используемой лигатуры. В случае наличия крупных кристаллов таких фаз возможно неполное их растворение и, как следствие, препятствование свободному течению расплава.

1. Han Y., Liu X., Bian X. In situ TiB2 particulate reinforced near eutectic Al—Si alloy composites. Compos. Pt. A: Appl. Sci. Manuf. 2002. Vol. 33. Iss. 3. P. 439—444.

2. Dahle A.K., Tшndel P.A., Paradies C.J., Arnberg L. Effect of grain refinement on the fluidity of two commercial Al—Si foundry alloys. Metall. Mater. Trans. A. 1996. Vol. 27. P. 2305—2313.

3. Dolata-Grosz A., Dyzia M., Šleziona J. Influence of modification on structure, fluidity and strength of 226D aluminium alloy. Arch. Foundry Eng. 2008. Vol. 8. P. 13—16.

4. Rao B.V.S., Chennakesava Reddy A. Fluidity of modified and unmodified Al—Si alloys in alumina investment shell moulds. In: Proc. of National Conference on Advances in Design Approaches and Production Technologies (ADAPT-2005) (22—23 August 2005). Hyderabad: JNTU College of Eng., 2005. P. 57—60.

5. Abd El Majid S., Bamberger M., Katsman A. Influence of additional elements (Si, Ti and B) on the castability, corrosion and mechanical properties of A201 alloys. In: TMS 2018: Light Metals 2018. Cham.: Springer, 2018. P. 259—265.

6. Чегодаев Д.А., Антонов М.М. Исследование влияния модифицирование расплава на технологические и механические свойства изделий из сплава АК7пч. В сб.: Сборник материалов международных научно-практических конференций. М.: Maxbook, 2018. С. 349—353.

7. Симонова М.С., Ковалев Д.В. Исследование модифицирования на структуру и жидкотекучесть сплава АК12. В сб.: Тр. XVII Междунар. науч.-техн. Уральской школы-семинара металловедов — молодых ученых (5—9 декабря 2016 г.). Екатеринбург: Изд-во УрФУ, 2016. С. 73—77.

8. Li J.G., Zhang B.Q., Wang L., Yang W.Y., Ma H.T. Combined effect and its mechanism of Al—3wt.%Ti—4wt.%B and Al—10wt.%Sr master alloy on microstructures of Al—Si—Cu alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2002. Vol. 328. Iss. 1—2. P. 169—176.

9. Lu L., Dahle A.K. Effects of combined additions of Sr and AlTiB grain refiners in hypoeutectic Al—Si foundry alloys. Mater. Sci. Eng. A. 2006. Vol. 435-436. P. 288—296.

10. Liao H., Sun G. Mutual poisoning effect between Sr and B in Al—Si casting alloys. Scripta Mater. 2003. Vol. 48. Iss. 8. P. 1035—1039.

11. Samuel A.M., Doty H.W., Valtierra S., Samuel F.H. A Metallographic study of grain refining of Sr—modified 356 alloy. Inter. J. Metalcast. 2017. Vol. 11. P. 305—320.

12. Mallapur D.G., Kori S.A., Rajendra Udupa K. Influence of Ti, B and Sr on the microstructure and mechanical properties of A356 alloy. J. Mater. Sci. 2011. Vol. 46. P. 1622—1627.

13. Kori S.A., Murty B.S., Chakraborty M. Development of an efficient grain refiner for Al—7Si alloy and its modification with strontium. Mater. Sci. Eng. A. 2000. Vol. 283. Iss. 1—2. P. 94—104.

14. Tahiri H., Mohamed S.S., Doty H.W., Valtierra S., Samuel F.H. Effect of Sr—Grain refining—Si interactions on the microstructural characteristics of Al—Si hypoeutectic alloys. Inter. J. Metalcast. 2018. Vol. 12. P. 343—361.

15. Venkateswaran S., Mallya R.M., Seshadri M.R. Effect of trace elements on the fluidity of hypereutectic aluminium silicon alloy using the vacuum suction technique. Cast. Met. 1992. Vol. 5. P. 2—5.

16. Di Sabatino M. Fluidity of aluminium foundry alloys: Dissertation for degree of PhD. Trondheim: Norwegian University of Science and Technology (NTNU), 2005.

17. Han Q.Y., Xu H.B. Fluidity of alloys under high pressure die casting conditions. Scripta Mater. 2005. Vol. 53. P. 7—10.

18. Sweatman K., Nishimura T. The fluidity of the Ni—modified Sn—Cu eutectic lead free solder. In: IPC Printed Circuits Expo, APEX and the Designers Summit. Osaka: IPC, 2006. S. 14-02-1—14-02-6.

19. Hua Q., Gao D., Zhang H., Zhang Y., Zhai Q. Influence of alloy elements and pouring temperature on the fluidity of cast magnesium alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2007. Vol. 444. P. 69—74.

20. Akhaze M.N. Comparative studies of the fluidity of some selected non-ferrous metals and alloys. J. Ener. Techn. Policy. 2012. Vol. 2. Iss. 5. P. 15—19.

21. Di Sabatino M., Syvertsen F., Arnberg L., Nordmark A. An Improved method for fluidity measurement by gravity casting of spirals in sand moulds. Inter. J. Cast. Met. Res. 2005. Vol. 18. P. 59—62.

22. Герасимов С.П., Титов А.Ю., Палачев В.А. Применение способа определения жидкотекучести вакуумным всасыванием для оптимизации составов сплавов на основе меди. В сб.: Тр. VIII Междунар. науч.-практ. конф. «Прогрессивные литейные технологии» (16—

23. ноября 2015 г.). М.: МИСиС, 2015. С. 119—122.

24. Курдюмов А.В., Белов В.Д., Пикунов М.В., Чурсин В.М., Герасимов С.П., Моисеев В.С. Производство отливок из сплавов цветных металлов: Учеб., 3-е изд., перераб. и доп. М.: НИТУ «МИСиС», 2011.

25. ASM International Handbook Committee. ASM Handbook Vol. 15: Casting. 10 th ed. Ohio: ASM International, 1998.

26. Andersson J.O., Helander T., Hцglund L., Shi P.F., Sundman B. Thermo-Calc and DICTRA, Computational tools for materials science. CALPHAD. 2002. Vol. 26. P. 273—312.

27. ASM International Handbook Committee. ASM Handbook Vol. 2: Properties and Selection: Nonferrous alloys and special-purpose materials. 10th ed. Ohio: ASM International, 1992.

28. Image processing and analysis in Java. URL: https://imagej.nih.gov/ij/docs/menus/analyze.html (accessed: 2.01.2022).

29. Davies I.G., Dennis J.M., Hallawell A. The nucleation of aluminum grains in alloys of aluminum with titanium and boron. Metal. Trans. 1970. Vol. 1. P. 275—280.