ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ AlTi НА ЕЕ СТРУКТУРУ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИ МОДИФИЦИРОВАНИИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Выполнено сравнительное исследование по влиянию способов получения модифицирующих лигатур AlTi4 на размеры интерметаллидов Al3Ti. Установлено, что повышение скорости охлаждения при затвердевании с 10–15 °С/с (кристаллизация в горячей чугунной изложнице, пластина толщиной 30 мм) до 60–65 °С/с (кристаллизация в холодном чугунном кокиле, пруток диаметром 20 мм, длиной 170 мм) способствует уменьшению длины и толщины игольчатых интерметаллидов практически в 2 раза (с 397×23 до 215×13 мкм). При этом отмечается снижение значений электропроводности и увеличение плотности лигатуры в твердом состоянии. Модифицирование лигатурного расплава добавкой магния в количестве 0,5 мас.% обуславливает формирование однородных мелкоигольчатых интерметаллидов размерами 98×3 мкм. Добавка магния незначительно снижает электропроводность и плотность по сравнению с лигатурой AlTi4, закристаллизованной при одинаковой скорости охлаждения (60–65 °С/с). Модифицирование указанными лигатурами алюминия марки А97 и сплава АК9ч (система Al–Si–Mg) при одинаковом количестве вводимого титана (0,01 мас.%) оказывает наследственное влияние на плотность и электропроводность, а также на макрозерно (А97) и дендриты алюминия (АК9ч). Максимальным модифицирующим эффектом характеризуется лигатура AlTi4, содержащая магний в количестве 0,5 мас.%. Ее введение в сплав способствует формированию в его структуре дендритов алюминия размером 10 мкм в количестве 1427 шт./мм2. При модифицировании сплава АК9ч лигатурой, закристаллизованной со скоростями охлаждения 10–15 °С/с, в структуре сплава формируются дендриты размером 28 мкм в количестве 672 шт./мм2. Методики определения плотности и электропроводности предлагается использовать для экспрессной оценки модифицирующей эффективности лигатур.

лигатуры AlTi4, интерметаллиды Al3Ti, модифицирование, наследственное влияние структуры лигатур, алюминий, сплав системы Al–Si–Mg, макроструктура, микроструктура, плотность, электропроводность

1. Sigworth G.K., Kuhn T.A. Grain refinement of aluminum casting alloys. Inter. J. Metalcast. 2007. Vol. 1. No. 1. Р. 31—40.

2. Lakhwinder S., Geetesh G., Rupinderpreet S. Review of the latest developments in grain refinement. Inter. J. Modern Eng. Res. 2012. Vol. 2. No. 4. Р. 2724—2727.

3. Easton M.A., Qian M., Prasad A., StJohn D.H. Recent advances in grain refinement of light metals and alloys. Current Opinion in Solid State and Mater. Sci. 2016. No. 20. Р. 13—24.

4. Lin S., Aliravci C., Pekguleryuz M.O. Hot-tear susceptibility of aluminum wrought alloys and the effect of grain refining. Metal. Mater. Trans. A. 2007. Vol. 38. No. 5. Р. 1056—1068.

5. Shimin Li, Kumar S., Diran A. Role of grain refinement in the hot tearing of cast Al—Cu alloy. Metal. Mater. Trans. B. 2013. Vol. 44. No. 3. Р. 614—623.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

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. Ramachandran T.R., Sharma P.K., Balasubramanian K. Grain refinement of light alloys. In: 68-th World Foundry Congress (India, Chennai, 2008). Р. 189—193.

16. Xu C.X.; Zhang J.S. Structural heredity of AlTiC master alloys. Mater. Sci. Technol. 2001. No. 9. Р. 166—168.

17. Zhao J., Wang T., Chen J., Fu L., He J. Effect of cooling rate on morphology of TiAl3 particles in Al—4Ti master alloy. Materials. 2017. Vol. 10. No. 3. P. 238.

18. Ding W., Xia T., Zhao W. Performance comparison of Al—Ti master alloys with different microstructures in grain refinement of commercial purity aluminum. Materials: Structure Analysis and Characterization. 2014. Vol. 7. No. 5. Р. 3663—3676.

19. Zhao J., He J., Tang Qi, Wang T., Chen J. Grain refinement efficiency in commercial-purity aluminum influenced by the addition of Al–4Ti master alloys with varying TiAl3 particles. Materials: Physical Metallurgy of High Performance Alloys 2016. Vol. 9. No. 11. Р. 1—10.

20. Lipiński T. Structure and mechanical properties of Al— 12%Si alloy with fast cooling Al—12%Si. Arch. Foundr. Eng. 2008. Vol. 8. No. 3. Р. 51—54.

21. 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.

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