Влияние магнитного поля на структурообразование при кристаллизации и физико-механические свойства алюминиевых сплавов
https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-2-51-57
Аннотация
Представлены результаты исследований структуры и механических свойств литейных алюминиевых сплавов А356.0 и А413.1, подвергнутых воздействию импульсного магнитного поля разной насыщенности в период кристаллизации. В ходе экспериментов установлено, что образцы содержат в своем составе по две фазы, которые кристаллизуются в определенных температурных интервалах и не изменяются даже при наложении на кристаллизующийся расплав магнитного поля. Определены градиент температуры между стенкой кристаллизатора и наружной стенкой тигля для обоих сплавов, который варьируется в пределах от 14,3 до 16,0 °С/мм, а также время кристаллизации каждой фазы. Используя теплофизические подходы, найдена линейная скорость кристаллизации обоих сплавов. Показано, что с уменьшением градиента температуры она уменьшается, при этом время кристаллизации фаз увеличивается. Выявлено, что магнитное поле изменяет распределение дендритов по объему сплавов А356.0 и А413.1, а также их размеры и ориентацию в плоскости шлифа. С увеличением амплитуды индукции магнитного поля образуется более тонкая структура в a-фазе сплава, равномерно заполняющая плоскость шлифа, и это отражается на его механических свойствах. Твердость исследуемых с ростом амплитуды индукции импульсного магнитного поля возрастает для обоих сплавов на 8—10 % за счет измельчения дендритной структуры и более равномерного распределения дендритов a-твердого раствора по объему кристаллизующегося слитка. Кроме того, магнитное поле влияет на предел прочности при растяжении и практически не изменяет величину относительного удлинения при одноосном растяжении образцов литейных алюминиевых сплавов А356.0 и А413.1.
Ключевые слова
Об авторах
К. Н. Вдовин
Магнитогорского технического университета (МГТУ) им. Г.И. Носова
Россия
Россия
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии металлургии и литейных процессов.
455000, Магнитогорск, пр-т Ленина, 38
Г. А. Дубский
Магнитогорского технического университета (МГТУ) им. Г.И. Носова
Россия
Россия
Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики МГТУ им. Г.И. Носова.
455000, Магнитогорск, пр-т Ленина, 38
В. Б. Деев
Уханьский текстильный университет; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Китай
Китай
Доктор технических наук, профессор факультета машиностроения и автоматизации Уханьского ТУ, профессор кафедры литейных технологий и художественной обработки материалов НИТУ«МИСиС».
Textile Road 1, Hongshan District, Wuhan, 430073; 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
Л. Г. Егорова
Магнитогорского технического университета (МГТУ) им. Г.И. Носова
Россия
Россия
Кандидат технических наук, доцент кафедры вычислительной техники и прикладной математики МГТУ им. Г.И. Носова.
455000, Магнитогорск, пр-т Ленина, 38
А. А. Нефедьев
Магнитогорского технического университета (МГТУ) им. Г.И. Носова
Россия
Россия
Кандидат технических наук, доцент кафедры физики МГТУ им. Г.И. Носова.
455000, Магнитогорск, пр-т Ленина, 38
Е. С. Прусов
Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых
Россия
Россия
Кандидат технических наук, доцент кафедры технологии функциональных и конструкционных материалов.
600000, Владимир, ул. Горького, 87
Список литературы
1. Timelli G., Fiorese E. Metodi di neutralizzazione del Fe in leghe Al—Si da fonderia. Metall. Ital. 2011. Vol. 103. No. 3. P. 9—23.
2. Li Q.L., Xia T.D., Lan Y.F., Li P.F. Effects of melt superheat treatment on microstructure and wear behaviours of hypereutectic Al—20Si alloy. Mater. Sci. Technol. 2014. Vol. 30. (7). P. 835—841.
3. Peng J., Jinyang Z., Haoran G., Zhongxi Y., Xinying T., Degang Z., Yan W., Min Z., Ningqiang S. Effect of melt superheating treatment on solidification structures of Al75Bi9Sn16 immiscible alloy. J. Molecular Liquids. 2017. Vol. 232. P. 457—461.
4. Deev V.B., Selyanin I.F., Ponomareva K.V, Yudin A.S., Tsetsorina S.A. Fast cooling of aluminum alloys in casting with a gasifying core. Steel in Trans. 2014. Vol. 44. No. 4. Р. 253—254.
5. Yang W, Yang X., Ji S. Melt superheating on the microstructure and mechanical properties of diecast Al—Mg—Si—Mn alloy. Metal. Mater. Int. 2015. Vol. 21. No. 2. P. 382—390.
6. Deev V.B., Degtyar V.A., Kutsenko A.I., Selyanin,I.F., Voitkov A.P. Resource-saving technology for the production of cast aluminum alloys. Steel in Trans. 2007. Vol. 37. No. 12. P. 991-994.
7. Деев В.Б., Пономарева К.В., Юдин А.С. Исследование плотности пенополистироловых моделей при реализации ресурсосберегающей технологии получения тонкостенного алюминиевого литья. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2015. No. 2. С. 48—51.
8. Vorozhtsov S., Kudryashova O., Promakhov V., Dammer V., Vorozhtsov A. theoretical and experimental investigations of the process of vibration treatment of liquid metals containing nanoparticles. JOM. 2016. Vol. 68. No. 12. P. 3094—3100.
9. Eskin D.G. Ultrasonic processing of molten and solidifying aluminium alloys: overview and outlook. Mater. Sci. Technol. 2017. Vol. 33. No. 6. P. 636—645.
10. Zhang Y., Svynarenko K., Li T. Effect of ultrasonic treatment on formation of iron-containing intermetallic compounds in Al—Si alloys. China Foundry. 2016. Vol. 13. No. 5. P. 316—321.
11. Komarov S., Ishiwata Y., Mikhailov I. Industrial application of ultrasonic vibrations to improve the structure of Al— Si hypereutectic alloys: Potential and limitations. Metal. Mater. Trans. A. 2015. Vol. 46. P. 2876—2883.
12. Rabiger D., Zhang Y., Galindo V, Franke S., Willers B., Eckert S. The relevance of melt convection to grain refinement in Al—Si alloys solidified under the impact of electric currents. Acta Mater. 2014. Vol. 79. P. 327—338.
13. Prodhan A. Semi-solid processing by electric current during sand casting of aluminium alloys. IOP. Conf. Series: Mater. Sci. Eng. 2016. Vol. 115. Article No. 012005.
14. Zhang Y., Rabiger D., Willers B., Eckert S. The effect of pulsed electrical currents on the formation of macrosegregation in solidifying Al—Si hypoeutectic phases. Int. J. Cast Met. Res. 2017. Vol. 30. P. 13—19.
15. Zhang Y., Cheng X., Zhong H., Xu Z., Li L., Gong Y., Miao X., Song C., Zhai Q. Comparative study on the grain refinement of Al—Si alloy solidified under the impact of pulsed electric current and travelling magnetic field. Metals. 2016. Vol. 6. Article No. 170.
16. Bustos O., Ordonez S, Colas R Rheological and Microstructural study of A356 alloy solidified under magnetic stirring. Int. J. Metalcast. 2013. Vol. 7. No. 1. P. 29—37.
17. Wang X., Luo X., Cong F., Cui J. Research progress of microstructure control for aluminium solidification process. Chin. Sci. Bull. 2013. Vol. 58. No. 4-5. P. 468—473.
18. Deev V.B., Prusov E.S., Kutsenko A.I. Theoretical and experimental evaluation of the effectiveness of aluminum melt treatment by physical methods. 2018. Metal. Ital. Vol. 110. No. 2. P. 16—24.
19. Wenhui Ma, Guoqiang Lv,Yufeng Zhang, Yun Lei, Xi Yang. An efficient method to separate silicon from high-silicon aluminum alloy melts by electromagnetic directional solidification. J. Cleaner Product. 2018. Vol. 185. No. 1. P. 389—398.
20. Chengshuai Li, ShaodongHu, Zhongming Ren, Yves Fautrelle, Xi Li. Effect of the simultaneous application of a high static magnetic field and a low alternating current on grain structure and grain boundary of pure aluminum. J. Mater. Sci. Technol. 2018. Vol. 34. No. 12. P. 2431—2438. DOI: https://doi.org/10.1016/jjmst.2018.04.013.
21. Charles Vives. Effects of a magnetically forced convection during the crystallization in mould of aluminium alloys. J. Crystal Growth. 1989. Vol. 94. No. 3. P. 739—750.
22. Тимошкин И.Ю, Никитин К.В., Никитин В.И., Деев В.Б. Влияние обработки расплавов электромагнитными акустическими полями на структуру и свойства сплавов системы Al—Si. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2016. No. 3. С. 28—33.
23. Никитин К.В, Никитин В.И., Тимошкин И.Ю, Глущен-ков В.А., Черников Д.Г. Обработка расплавов магнитно-импульсными полями с целью управления структурой и свойствами промышленных силуминов. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2016. No. 2. С. 34—42.
24. Ivanov Y.F., Alsaraeva K.V., Gromov V.E., Popova N.A., Konovalov S.V Fatigue life of silumin treated with a high-intensity pulsed electron beam. J. Surf. Invest. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2015. Vol. 9. No. 5. P. 1056—1059.
25. Ivanov Y.F., Alsaraeva K.V, Gromov VIE., Konovalov S.V, Semina O.A. Evolution of Al—19,4Si alloy surface structure after electron beam treatment and high cycle fatigue. Mater. Sci. Technol. (UK). 2015. Vol. 31. No. 13a. P. 1523—1529.
26. Вдовин К.Н., Дубский Г.А., Егорова Л.Г. Влияние магнитного поля на процесс кристаллизации алюминиевых сплавов. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2018. No. 2. С. 34—42.
27. Sudheer R., Prabhu K.N. A computer aided cooling curve analysis method to study phase change materials for thermal energy storage applications. Mater. and Design. 2016. Vol. 95. P. 198—203.
28. Timelli G., Ferro P., Bonollo F. Compositi a matrice di alluminio solidificati in presenza di vibrazioni meccani-che: Caratteristiche microstrutturali. Metall. Ital. 2010. Vol. 102. No. 1. P. 1—11.
29. Prusov E.S., Panfilov A.A. Properties of cast aluminum-based composite alloys reinforced by endogenous and exogenous phases. Russ. Metall. (Metally). 2011. No. 7. P. 670—674.
30. Nordin N., Abubakar T, Hamzah E., Farahany S., Ourdjini A. Effect of superheating melt treatment on mg2si particulate reinforced in Al—Mg2Si—Cu in situ composite. Proc. Eng. 2017. Vol. 184. P. 595—603.
Рецензия
Для цитирования:
Вдовин К.Н., Дубский Г.А., Деев В.Б., Егорова Л.Г., Нефедьев А.А., Прусов Е.С. Влияние магнитного поля на структурообразование при кристаллизации и физико-механические свойства алюминиевых сплавов. Известия вузов. Цветная металлургия. 2019;(2):51-57. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-2-51-57
For citation:
Vdovin K.N., Dubsky G.A., Deev V.B., Egorova L.G., Nefediev A.A., Prusov E.S. Influence of magnetic field on structure formation at crystallization and physical-mechanical properties of aluminum alloys. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2019;(2):51-57. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-2-51-57
Просмотров:
732
Послать статью по эл. почте 