Самарский государственный технический университет, Самара, Россия:

К. В. Никитин, декан факультета машиностроения, металлургии и транспорта, докт. техн. наук, проф., эл. почта: kvn-6411@mail.ru
В. И. Никитин, зав. каф. «Литейные и высокоэффективные технологии», докт. техн. наук, проф., эл. почта: tlp@samgtu.ru
И. Ю.Тимошкин, доцент каф. «Литейные и высокоэффективные технологии», канд. техн. наук, доцент, эл. почта: ivan-mns@mail.ru

Уханьский текстильный университет, г. Ухань, Китай¹; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия²:

В. Б. Деев, профессор факультета машиностроения и автоматизации¹, ведущий эксперт каф. «Обработка металлов давлением»², докт. техн. наук, проф., эл. почта: deev.vb@mail.ru

Рост производства алюминиевых сплавов и разработка ресурсосберегающих технологий их получения приводит к широкому вовлечению в технологический процесс повышенного количества различных отходов. При этом применение рециклируемых железосодержащих отходов для производства литейных и деформируемых алюминиевых сплавов сдерживается традиционным общепринятым негативным мнением о влиянии железа на литую структуру. Однако сплавы системы Al – Fe представляют интерес из-за низкой диффузионной способности железа в алюминии. Представлены результаты исследований по влиянию структуры лигатур AlFe5 на структуру и свойства сплавов систем Al – Si – Cu (АК12М2) и Al – Cu – Mg (АК4). Опытные лигатуры AlFe5 получали из отходов стальной проволоки в виде сечки с фракциями размером 1 и 3 мм. Кристаллизацию лигатурных расплавов осуществляли в кокиле и водоохлаждаемом валковом кристаллизаторе. Часть лигатурных расплавов перед заливкой дополнительно обрабатывали электромагнитными акустическими полями. Выполнено исследование влияния размеров фракции стальной сечки и способов получения на структуру опытных лигатур. Установлено, что размер фракции оказывает влияние на размеры и количество интерметаллидов FeAl₃. Во всех экспериментах более крупными размерами FeAl₃ характеризуются лигатуры, полученные с использованием стальной сечки фракций размером 3 мм. Обработка расплавов электромагнитными акустическими полями способствовала уменьшению в 3–5 раз размеров и увеличению в 4–10 раз количества интерметаллидов FeAl₃. Химические составы сплавов, полученных с применением мелкокристаллических лигатур, соответствовали требованиям нормативной документации. Сплавы характеризовались мелкодисперсным строением основных структурных фаз. Размеры эвтектического кремния в сплаве АК12М2 уменьшились в 1,4 раза; размеры дендритов алюминия в структуре сплава АК4 уменьшились в 1,65 раза. Положительные структурные характеристики обусловили повышение физико-механических свойств сплавов в литом состоянии. Так, предел прочности сплавов увеличился на 10–13 %, относительное удлинение — практически в 2 раза. Результаты исследований показали возможность эффективного использования рециклируемых отходов стальной проволоки при получении сплавов на основе алюминия.

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания (код проекта 0718-2020-0030).

1. Nappi C. The global aluminium industry 40 years from 1972. World Aluminium. 2013. URL: http://www.world-aluminium.org/media/filer_public/2013/02/25/an_outlook_of_the_global_aluminium_industry_1972_-_present_day.pdf (дата обращения: 10.08.2020).
2. Dudin M. N., Voykova N. A., Frolova E. E., Artemieva J. A., Rusakova E. P. et al. Modern trends and challenges of development of global aluminum industry // Metalurgija. 2017. Vol. 56. P. 255–258.
3. Никитин В. И., Никитин К. В. Наследственность в литых сплавах. — М. : Машиностроение-1, 2005. — 474 с.
4. Никитин К. В., Никитин В. И., Тимошкин И. Ю. Управление качеством литых изделий из алюминиевых сплавов на основе явления структурной наследственности. — М. : Радуница, 2015. — 227 с.
5. Селянин И. Ф., Деев В. Б., Кухаренко А. В. Ресурсо- и экологосберегающие технологии производства вторичных алюминиевых сплавов // Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. № 2. С. 20–25.
6. Khraisat W., Abu Jadayil W. Strengthening aluminum scrap by alloying with iron // Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering. 2010. Vol. 4, No. 3. P. 372–377.
7. Muneer Baig, Hany Rizk Ammar, Asiful Hossain Seikh. Thermo-mechanical responses of nanocrystalline Al – Fe alloy processed using mechanical alloying and high frequency heat induction sintering // Materials Science & Engineering A. 2016. No. 655. P. 132–141.
8. Kamguo Kamga H., Larouche D., Bournane M., Rahem A. Solidification of aluminum-copper B206 alloys with iron and silicon additions // Metallurgical and Materials Transactions: A. 2010. Vol. 41. P. 2844–2855.
9. Brodova I. G., Popel P. S., Eskin G. I. Liquid metal processing: application to aluminium alloy production. N.-Y. Gordon&Breach. L., 2004.
10. Деев В. Б., Пономарева К. В., Приходько О. Г., Сметанюк С. В. Влияние температур перегрева и заливки расплава на качество отливок из алюминиевых сплавов при литье по газифицируемым моделям // Известия вузов. Цветная металлургия. 2017. № 3. С. 65–71.
11. Wang J., He S., Sun B., Zhou Y., Guo Q., Nishio M. A356 alloy refined by melt thermal treatment // International Journal of Cast Metals Research. 2001. No. 14. Р. 165–168.
12. Yang W., Yang X., Ji S. Melt superheating on the microstructure aw alloy // Metal. Mater. Int. 2015. Vol. 21, No. 2. P. 382–390.
13. Liu Z., Liu X. M., Xie M. Microstructure and properties of in situ Al – Si – Mg2Si composite prepared by melt superhea ting // Applied mechanics and materials. 2011. Vol. 52-54. Р. 750–754.
14. 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 // Materials Science and Technology. 2014. Vol. 30, No. 7. P. 835–841.
15. Эскин Г. И. Влияние кавитационной обработки расплава на структуру и свойства литых и деформированных легких сплавов // Вестник РАЕН. 2010. № 3. С. 82–89.
16. Han Y., Li K., Wang J., Sun B. Influence of high-intensity ultrasound on grain refining performance of Al – 5Ti – 1B master alloy on aluminium // Materials Science and Engineering: A. 2005. Vol. 405. P. 306–312.
17. Jian X., Xu H., Meek T. T., Han Q. Effect of power ultrasound on solidification of aluminium A356 alloy // Materials Letters. 2005. No. 59. Р. 190–193.
18. Bhojak K., Mavani A., Bhatt N. Ultrasonic Treatment to Molten FEM©™ Aluminum Alloy and Effects of Ultrasound Treatment Melt Temperature on Hardness // International Journal of Research in Advance Engineering. 2013. Vol. 1, Iss. 3. Р. 1–12.
19. Zi Bing-Tao, Ba Qi-Xian, Cui Jian-Zhong, Bai Yu-Guang, Na Xing-Jie. Effect of strong pulsed electromagnetic field on metal’s solidified structure // Acta Physica Sinica. 2000. Vol. 49, No. 5. Р. 1010–1013.
20. Никитин К. В., Никитин В. И., Тимошкин И. Ю., Глущенков В. А., Черников Д. Г. Обработка расплавов магнитно-импульсными полями с целью управления структурой и свойствами промышленных силуминов // Известия вузов. Цветная металлургия. 2016. № 2. С. 4–42.
21. Krymsky V., Shaburova N. Applying of pulsed electromagnetic processing of melts in laboratory and industrial conditions // Materials. 2018. Vol. 11, Iss. 6. P. 954.
22. Cao Y., Chen L., Zhou Q. Effect of pulsed magnetic field on solidification structure of 7075 alloy // Special Casting and Nonferrous Alloys. 2013. Vol. 33, Iss. 10. P. 964– 968.
23. 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 // Известия вузов. Цветная металлургия. 2016. № 3. С. 28–33.
24. Zhang L., Li W., Yao J. P., Qiu H. Effects of pulsed magnetic field on microstructures and morphology of the primary phase in semisolid A356 Al slurry // Materials Letters. 2012. Vol. 66, Iss. 1. P. 190–192.
25. Konovalov S. V., Danilov V. I., Zuev L. B., Filip’ev R. A., Gromov V. E. On the influence of the electrical potential on the creep rate of aluminum // Physics of the Solid State. 2007. Vol. 49, Iss. 8. P. 1457–1459.
26. Zuev L. B., Danilov V. I., Konovalov S. V., Filip’ev R. A., Gromov V. E. Influence of contact potential difference and electric potential on the microhardness of metals // Physics of the Solid State. 2009. Vol. 51, Iss. 6. P. 1137– 1141.
27. ГОСТ 1583–93. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
28. ГОСТ 4784–2019. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. — Введ. 01.09.2019.

29. ГОСТ 1050–2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия. — Введ. 01.01.2015.
30. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.