Способи та методи зміни морфології залізовмісних фаз у силумінах: Processy litʹâ, 2020, Tom 139, №1, p.30-41

М. А.  Фон Прусс

doi:10.15407/plit2020.01.030

Автор(и)

М. А. Фон Прусс Фізико–технологічний інститут металів та сплавів НАН України (Київ, Україна)

DOI:

https://doi.org/10.15407/plit2020.01.030

Ключові слова:

Al-Si-Fe, Al-Si-Cu-Fe, залізо в алюмінієвих сплавах, модифікування, фізичне модифікування розплаву

Анотація

Надійшла 20.12.2019

УДК 669.715

Алюмінієві сплави залишаються одними з найбільш уживаних матеріалів сучасності. Важливою технологічною перевагою цього виду матеріалів є простота і доцільність їх рециклінгу та повторного використання. Проте, саме під час переробки алюмінієвих сплавів вони насичуються домішками, які шкідливо впливають на структурно-фазові характеристики і механічні властивості литих виробів. Особливо шкідливою домішкою можна вважати залізо, вміст якого збільшується із кожним циклом переробки. До певної концентрації (~ 1 %мас.) залізо можна вважати корисним через зменшення пригару до сталевих прес-форм під час лиття під тиском.
В інших випадках роль заліза негативна. Через свою нульову розчинність майже все залізо в алюмінії утворює інтерметалічні фази різного складу (Al3Fe, Al5Fe2, Al8Fe2Si, Al5FeSі, Al4FeSi2, Al3FeSi та ін.), які неможливо видалити з розплаву. Залізовмісні фази мають здебільшого несприятливу морфологію, особливо у сплавах, які містять кремній, та є причиною падіння механічних і технологічних властивостей. Зниження вмісту заліза в силумінах можливе лише завдяки розбавленню розплаву чистими компонентами, але найбільш доцільним рішенням зменшення його негативного впливу є модифікування. У роботі розглянуто низку модифікаторів та технологій обробки алюмінієвих розплавів. Було проаналізовано особливості впливу додавання Mn, Ni, Cr, Co, V, La та інших елементів до силумінів різного складу, а також вплив деяких технологій фізичного модифікування та обробки алюмінієвих розплавів. У статті проводиться аналіз проблемних питань, пов’язаних з ефективністю дії різних модифікаторів та способів модифікування для нейтралізації негативного впливу заліза на властивості силумінів змін морфології залізовмісних фаз та підвищення властивостей сплавів.

Біографія автора

М. А. Фон Прусс, Фізико–технологічний інститут металів та сплавів НАН України (Київ, Україна)

аспірант

Посилання

Lyutova, O. V. (2013) Influence of iron on the structure and mechanical properties of the AK9M2 alloy. Building. Materials Science. Engineering. Series: Starodubov readings, no. 67, pp. 355-360 [in Russian].

Stroganov, G. B., Rotenberg, V. A., Gershman, G. B. (1977) Alloys of aluminum with silicon. Moscow: Metallurgy, 272 p. [in Russian].

Mondolfo, L.F. (1979) The structure and properties of aluminum alloys [Trans. from English under the editorship of F.I. Kvasova]. Moscow: Metallurgy, 639 p. [in Russian].

Gavrilyuk, K. V., Gavrilyuk, V. P., Bondarevsky, V. N. (2014) Progressive methods of influence on the structure formation of hypereutectic silumins. Casting. Metallurgy, pp. 40-42 [in Russian].

Fomin, B. A., Moskvitin, V. I., Makhov, S. V. (2004) Metallurgy of secondary aluminum. Moscow: ECOMET, 224 p. [in Russian].

Khudyakov, I. F., Doroshkevich, A. P., Klein, S. E. (1981) Technology of secondary non-ferrous metals: Textbook for universities. Moscow: Metallurgy, 280 p. [in Russian].

Volchok, I. P. (2007) Application of secondary aluminum alloys in transport engineering. Visnuk of the Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, no. 14, pp. 225-228 [in Russian].

Lyutova, O. (2007) Improving the quality of secondary aluminum alloys. Mechanical Engineering, no. 8 (122), pp. 32-35. [in Ukrainian].

Das, S. K. (2006) Designing aluminum alloys for a recycling friendly world. Materials Science Forum, Vol. 519-521, pp.1239-1244 [in English].

Gorbacheva, V. I., Terentyeva, A. V., Turchanin, M. A., Dreval, L. A. (2013) Investigation of the effect of iron content on the formation of iron-containing phases in cast aluminum alloys. Casting and Metallurgy, no. 4 (73), pp. 74-81 [in Russian].

Belov, N. A. (1988) Modification of glandular phases in silumin type AK5M2 with the addition of transition metals. Non-ferrous metals, no. 1, pp. 68-70 [in Russian].

Dubodelov, V. I., Seredenko, V. A., Seredenko, E. V., Kosinskaya, A. V., Naboka, E. A. (2013) The effect of a weak constant magnetic field on the cast structure of an alloy of aluminum with iron and silicon. Casting processes, no. 2 (98), pp. 40-49 [in Russian].

Cheverikin, V. V., Hwan, A. V., Zolotorevsky, V. S. (2012) Change in the morphology of ironcontaining phases in aluminum alloys. Visnuk of TSTU, Vol. 18, no. 3, pp. 742-747 [in Russian].

Kalinichenko, A. S., Nemenenok, B. M., Kalinichenko, V. A. (2004) Reduction of the negative effect of high iron content in aluminum alloys. Liteinoe proizvodstvo, no. 3, pp. 21-22 [in Russian].

Mahta, M., Emamy, M., Cao, X., Campbel, J. (2008) Overview of β-Al5FeSi phase in Al-Si alloys. Materials Science Research Trends,ch. 5, pp. 251-271 [in English].

Belov, N. A. (2010) Phase composition of industrial and promising aluminum alloys. Moscow: MISiS, 511 p. [in Russian].

Maltseva, T. V., Ozerets, N. N., Levina, A. V., Ishina, E. A. (2019) Non-ferrous metals and alloys: a training manual. Yekaterinburg: Publishing House Ural. University, 176 p. [in Russian].

Shevelev, A. I., Beigelsimer, Y. E., Varyukhin, V. N., Synkov, S. G.,. Ryabicheva, L. A, Reshetov, A. V.

(2010) Deformation processing of secondary aluminum and aluminum-containing waste: monograph. Donetsk: Knowledge, Donetsk. Department, 270 p. [in Russian].

Nemenenok, B. M. (1999) Theory and practice of complex modification of silumins. Moscow: Technoprint, 272 p. [in Russian].

Barbin, N. M., Brodova, I. G., Yablonskikh, T. I., Vatolin, N. A. (2008) Alloying and modification of molten silumin in salt melt. Journal of Physics Conference Series, pp.1-7 [in English].

Sinchuk, A .V., Tsurkin, V. N., Fedchenko, N. A. (2011) Reducing the negative impact of Fe-containing intermetallic compounds on silumins by electrohydropulse treatment of the melt. Casting processes, no. 2, pp. 39-44 [in Russian].

Serák, J., & Vojktéch, D. (2002). Influence of (AlSIFeMnCr) intermetallic phases on the casting properties of AlSi9Cu2FeMnCr alloys. Aluminium, no. 78, pp. 384-387 [in English].

Voron, M. M. (2016) Application of molybdenum-containing ligatures to improve the quality of

secondary silumin. Modern problems of physical material science, no. 25, pp. 157-162 [in Ukrainian].

Patent 57584A Ukraine, MKI C22C1 / 06. Modifier for aluminum alloys / I.P. Volchok, A.A. Mityaev (Ukraine), no. 2002108343; Claim 10/22/2002. Publ. 06/16/2003. Bull. Number 6. [in Russian].

Voron, M. M., Matviets, Ye. O., Antonevitch, Ya. K., Kushnir, K. S. (2019) Vanadium edition influence on the structural and phase parameters of Al–Si–Cu Alloys. Casting processes, no. 6 (138), pp. 53-59 [in English].

Závodská Denisa, Tillová Eva, Švecová Ivana, Chalupová Mária, Kuchariková Lenka, Belan Juraj (2019) The effect of iron content on microstructure and porosity of secondary AlSi7Mg0.3 Cast Alloy. Periodica Polytechnica Transportation Engineering, no. 47(4), pp. 283-289 [in English].

Belov, N. A., Alabin, A. N., Sannikov, A. V., Deev, V. B. (2014) Primary crystallization of intermetallic compounds in the Al–Fe–Mn–Ni–Si system as applied to casting alloys based on aluminumnickel eutectic. Metallurgy and heat treatment, no. 3, pp. 45-50 [in Russian].

Dyadura, A.S. (2017) Structural formation and mechanical properties of AK5M2 alloy treated in liquid state by pulse electric current [Master’s thesis]. Kyiv: KPI them. Igor Sikorsky, 88 p. [in Ukrainian].

Raghavan, V. (2002) Phase Diagram Evaluations Al-Co-Fe (Aluminum-Cobalt-Iron). Journal of Phase Equilibria, Vol. 23, No. 5, pp. 434-436 [in English].

Samuel, A. M., Samuel, F. H., Villeneuve, C., Doty, H. W., Valtierra, S. (2016) Effect of trace elements of β-Al5FeSi characteristics, porosity and tensile properties of Al-Si-Cu (319) cast alloys. International Journal of Cast Metals Research, Vol. 14, Issue 2, pp. 97-120 [in English].

Cherneg, D. F., Sorochenko, V. F., Kud, P. D. (2000) The effect of modification of scandium containing compounds on the properties and corrosion resistance of secondary aluminum alloys. Casting processes, no. 2, pp.17-21 [in Russian].

Morozova, A., Mogucheva, A., Bukin, D., Lukianova, O., Korotkova, N, Belov, N., Kaibyshev, R. (2017) Effect of Si and Zr on the microstructure and properties of Al-Fe-Si-Zr alloys. Metals, no. 7 (495), pp.1-12 [in English].

Nemenyuk, B. M., Galushko, A. M., Dovnar, G. V., Zadrutsky, S. P., Baeshko, I. K. (2005) Effect of sulfur on the structure and properties of aluminum alloys. Casting and metallurgy, no. 4 (38), pp. 106-108 [in Russian].

Kalichenko, B. A., Nemenenok, B. M., Dovnar, G.V. (2007) Use of aluminum alloys with high iron content. Casting and Metallurgy, no. 2 (42), pp.159-163 [in Russian].

Saleh A. Alkahtani, Emad M. Elgallad, Mahmoud M. Tash, Agnes M. Samuel, Fawzy H. Samuel. (2016) Effect of Rare Earth Metals on the Microstructure of Al-Si Based Alloys. Materials, no. 9 (45), pp. 1-13 [in English].

Samuel, A. M., Elgallad, E. M., Mahmoud, M. G., Doty, H. W., Valtierra, S.,Samue, F. H. (2018) Rare earth metal-based intermetallics formation in Al–Cu–Mg and Al–Si–Cu–Mg alloys. Metallographic study advances in materials science and engineering, 15 p. [in English].

Farahany, S., Idris, M. H., Ourdjini, A. (2015) Effect of bismuth and strontium interaction on the microstructure development, mechanical properties and fractography of a secondary Al–Si–Scanning 13 Cu–Fe–Zn alloy. Materials Science and Engineering, vol. 621, pp. 28-38 [in English].

Tang, P., Li, W., Zhao, Y., Wang, K., Li, W., Zhan, F. (2017) Influence of strontium and lanthanum simultaneous addition on microstructure and mechanical properties of the secondary Al-Si-Cu-Fe alloy. Journal of Rare Earths, vol. 35, no. 5, pp. 485-493. [in English].

Kang Wang, Peng Tang, Yi Huang, Yanjun Zhao, Wenfang Li, Jun Tian. (2018) Characterization of microstructures and tensile properties of recycled Al-Si-Cu-Fe-Mn alloys with individual and combined addition of titanium and cerium. Scanning, Vol. 2018, 14 p. [in English].

Song, X., Yan, H., Zhang, X. (2017) Microstructure and mechanical properties of Al-7Si-0.7Mg alloy formed with an addition of (Pr+Ce). Journal of Rare Earths, vol. 35, no. 4, pp. 412-418 [in English].

Zhenghua Ii, HongYan (2015) Modification of primary α-Al, eutectic silicon and β-Al5FeSi phases in as-cast AlSi10Cu3 alloys with (La+Yb) addition. Journal of Rare Earths, vol. 33, issue 9, pp. 995-1003 [in English].

Marukovich, E. I. (2019) Technological problems of modifying the structure of castings from silumins. Ways of solution. Casting and metallurgy, no. 2, pp. 19-22 [in Russian].

Dotsenko, Yu. V., Seliverstov, V. Yu., Dotsenko, V. P. (2010) Reducing the effect of iron on the properties of aluminum alloys by modification and gas-dynamic effects during solidification in a chill mold. Scientific Vesnik DGMA, no. 1(6E), pp. 68-73 [in Russian].

Khudyakov, I. F., Doroshkevich, A. P., Klein, S. E. (1981) Technology of secondary non-ferrous metals: Textbook for universities. Moscow: Metallurgy, 280 p. [in Russian].

Mityaev, O. A. (2009) Improving the quality of aluminum alloys by refining and modification methods. Vesnik of Dnipropetrovsk. nat. un-that of iron. trans. them. Acad. V. Lazaryan, no. 29, pp. 195-197 [in Ukrainian].

Petrov, S. S., Prigunov, S. V., Prigunova, A. G., Klyuchnik, D. N. (2008) Structural and phase transformations in silumin under the influence of liquid-phase electric current treatment. Metallophysics and latest technologies, no. 8, pp. 1129-1137 [in Russian].

Osava Yoshiaki, Takamory Susumu, Kimura Takashi (2006) Control of solidified structure of Al-Si-Fe alloy intermetallic compounds by ultrasonic vibration. Journal of Japan Foundry Engineering Society, vol. 78, no. 2, pp. 65-70 [in English].

Golovachenko, V. P. Borisov, G. P., Khvostenko, I. V., Vernidub, A. G. (2014) Effect of temperature and rotary machining on the heat resistance of high-strength aluminum alloy VAL 10. Casting processes, no. 3 (105), pp. 65-69 [in Russian].

Skuybeda, E. L. (2013) Features of changes in the morphology of glandular intermetallic compounds

in the structure of secondary silumins under the influence of heat treatment. Casting and metallurgy, no. 4 (73), pp. 42 [in Russian].

Basak, C. B., Hari Babu, N. (2017) Influence of Cu on modifying the beta phase and enhancing the mechanical properties of recycled Al-Si-Fe cast alloys. Scientific Reports, no. 7(5779), pp. 1-10 [in English].