Treatment of melts by pulsed magnetic fields to control the structure and properties of industrial silumins

Computer modeling was used to simulate main force factors of aluminum melt processing by pulsed magnetic fields both in the radial and axial impact pattern. It was found that a shock wave arising after a single pulse propagates throughout the melt volume within 40 μs in the radial impact pattern, and within 416 μs in the axial pattern. Experimental studies of Al–Si–Cu and Al–Si–Cu–Ni industrial silumins confirmed a sustainable modifying effect resulting from the magnetic-pulse treatment (MPT): α-Al dendrites and eutectic silicon crystals are reduced in size, while density and electrical conductivity of as-cast alloys increase along with their mechanical properties and ductility. Based on the experimental studies it was concluded that the best MPT performance is obtained with the axial impact pattern. 

1. Никитин В.И., Никитин К.В. Наследственность в литых сплавах. М.: Машиностроение-1, 2005. Nikitin V.I., Nikitin K.V. Nasledstvennost’ v litih splavah [Heredity in cast alloys]. Мoscow: Mashinostroenie-1, 2005.

2. Деев В.Б., Селянин И.Ф., Нохрина О.И., Горюшкин В.Ф., Цецорина С.А. Модифицирующая обработка сплавов магнитным полем // Литейщик России. 2008. No. 3. С. 23—25. Deev V.B., Sel’yanin I.F., Nohrina O.I., Goryushkin V.F., Cecorina S.A. Modifitsiryushaya obrabotka splavov magnitnim polem [Modifying treatment of alloys by magnetic field]. Liteiishik Rossii. 2008. No. 3. P. 23—25.

3. Эскин Г.И. Влияние кавитационной обработки расплава на структуру и свойства литых и деформированных легких сплавов // Вестник РАЕН. 2010. No. 3. С. 82—89. Eskin G.I. Vliyanie kavitatcionnoii obrabotki rasplava na stryktyry I svoiistva litih b deformirovannih l’ogkih splavov [The influence of cavitation treatment of the melt on the structure and properties of cast and deformed light alloys]. Vestnik RAEN. 2010. No. 3. P. 82—89.

4. Зарембо В.И. Фоновое резонансно-акустическое управление гетерофазными процессами // Теоретические основы химической технологии. 2006. Т. 49. No. 5. С. 520—532. Zarembo V.I. Fonovoe rezonansno-akysticheskoe ypravlenie geterofaznimi processami [Background resonance-acoustic control of heterophase processes]. Teoreticheskie osnovi himicheskoi tekhnologii. 2006. Vol. 49. No. 5. P. 520—532.

5. Ри Э.Х., Хосен Ри, Дорофеев С.В. и др. Влияние облучения жидкой фазы наносекундными электромагнитными импульсами на ее строение, процессы кристаллизации, структурообразования и свойства литейных сплавов. Владивосток: Дальнаука, 2008. Ri E.H., Ri Hosen, Dorofeev S.V., Yakimiv V.I. Vliyanie oblycheniya zgidkoii fazi nanosekyndnimi elektromagnitnimi impyl’sami na ee strienie, processi kristallizacii, stryktyroobrazovanie i svoyastva liteiinih splavov [Effect of irradiation of the liquid phase by nanosecond electromagnetic pulses on its structure, crystallization, structure and properties of casting alloys]. Vladivostok: Dal’nayka, 2008.

6. Никитин К.В., Паркин А.А., Жаткин С.С., Мулиндеев Д.А. Влияние структуры лигатур АlSi30 и АlNi30, полученных с применением комбинированной обработки, на свойства сплава АК10М2H // Литейщик России. 2012. No. 9. C. 14—16. Nikitin K.V., Parkin A.A., Zatkin S.S., Mulindeev D.A. Vliyanie stryktyri ligatyr АlSi30 i АlNi30, polyshennix s primeneniem kombinirovannoi obrabotki, na svoystva splava АК10М2H [The effect of the structure of ligatures АlSi30 and АlNi30 obtained using the combined treatment on the properties of the alloy АК10М2H]. Liteiishik Rossii. 2012. No. 9. P. 14—16.

7. Волков Г.В. Влияние электрогидроимпульсной обработки на структурообазование сплавов и технологичность последующих операций //Литейное пр-во. 2012. No. 9. С. 16—17. Volkov G.V. Vliyanie elektrogidroimpyl’snoyi obrabotki na stryktyroobrazovanie splavov i tehnologishnost posledyushih operacii [The influence of hydro-processing on structure of alloys and manufacturability subsequent operations]. Liteiinoe proizvodstvo. 2012. No. 9. P. 16—17.

8. Piątkowski J. The effect of Al—17wt.% Si alloy melt overheating on solidification process and microstructure evolution // Solid State Phenomena. 2011. Vol. 176. P. 29—34.

9. Shittu M.D., Ibitoye S.A., Olawale J.O., Popoola A.P.I. Superheat influence on mechanical properties of cast hypoeutectic aluminium-silicon alloy // Inter. J. Cast Metals Research. 2012. Vol. 25. No. 3. P. 170—175.

10. Piątkowski J., Gajdzik B., Matuła T. Crystallization and structure of cast A390.0 alloy with melt overheating temperature // Metalurgija. 2012. Vol. 51. No. 3. P. 321—324.

11. Calvo-Dahlborg M., Popel P.S., Kramer M.J., Besser M., Morris J.R., Dahlborg U. Superheat-dependent microstructure of molten Al—Si alloys of different compositions studied by small angle neutron scattering // J. Alloys and Compounds. 2013. Vol. 550. P. 9—22.

12. Barekar N.S., Babu N.H., Fan Z., Dhindaw B.K. Effect of intensive shearing on morphology of primary silicon and properties of hypereutectic Al—Si alloy // Mater. Sci. Technol. 2010. Vol. 26. No.8 . P. 975—980.

13. Черников Д.Г., Глущенков В.А., Гречников Ф.В., Иголкин А.Ю., Никитин В.И., Никитин К.В. О магнитно-импульсной обработке расплава силумина АК9Т // Литейное пр-во. 2011. No. 9. С. 8—11. Chernikov D.G., Glys’enkov V.A., Grechnikov F.V., Igolkin A.Yu., Nikitin V.I., Nikitin K.V. O magnitno-impyl’snoii obrabotke rasplava silymina AK9T [Of magnetic-pulse processing of molten silumin]. Liteiinoe proizvodstvo. 2011. No. 9. P. 8—11.

14. Глущенков В.А., Черников Д.Г., Никитин В.И., Никитин К.В. О воздействии импульсных магнитных полей на расплавы // Металлургия машиностроения. 2012. No. 4. С. 47—50. Glys’enkov V.A., Chernikov D.G., Nikitin V.I., Nikitin K.V. O vozdiistvii impyl’snih magnitnih poleyi na rasplavi [About the effects of pulsed magnetic fields on the melt. Metallyrgiya mashinostroeniya. 2012. No. 4. P. 47—50.

15. L’Eplattenier P., Cook G., Ascraft C., Burger M., Imbert J., Worswick M. Introduction of an Electromagnetism Module in LS-DYNA for Coupled Mechanical-Thermal-Electromagnetic simulations // Steel Research Int. 2009. Vol. 80. No. 5. P. 38—56.