1Самарский государственный технический университет (СамГТУ), Самара, Россия.

Р. М. Биктимиров, ассистент кафедры «Литейные и высокоэффективные технологии», инженер, эл. почта: r.biktimirov1995@gmail.com
И. Ю. Тимошкин, доцент кафедры «Литейные и высокоэффективные технологии», канд. техн. наук, эл. почта: ivan-mns@mail.ru
К. В. Никитин, декан факультета машиностроения, металлургии и транспорта, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: kvn-6411@mail.ru

Представлены результаты исследований влияния структуры легирующей (AlSi20) и модифицирующей (AlTi5) лигатур на структуру и физико-механические свойства сплава АК9ч (система Al – Si – Mg). Показано, что применение кристаллизационного способа обработки лигатурных расплавов (кристаллизации в водоохлаждаемом валковом кристаллизаторе) способствует формированию в структуре лигатур микродисперсных фаз: кристаллов первичного кремния Siп (в лигатуре AlSi20) и интерметаллидов Al3Ti (в лигатуре AlTi5). Исследовано влияние модифицирования лигатурой AlTi5 на структуру и физико-механические свойства сплава АК9ч, полученного с использованием крупно- и микрокристаллических лигатур. Установлено, что применение в качестве основы микрокристаллической лигатуры AlSi20 обеспечивает получение частично модифицированной структуры сплава АК9ч без использования модифицирующей лигатуры AlTi5. Выполненные эксперименты по влиянию структуры лигатур на модифицируемость сплава показали, что структура лигатур AlSi20 и AlTi5 оказывает наследственное влияние на структуру и физико-механические свойства сплава АК9ч. Оптимальные значения параметров структуры, газосодержания и физико-механических свойств достигнуты в сплаве, полученном с использованием микрокристаллических лигатур AlSi20 и AlTi5. При этом требуется введение 0,02 % (мас.) Ti. При использовании крупнокристаллических лигатур оптимумы достигаются при введении 0,06 % (мас.) Ti. Применение микрокристаллических лигатур в процессе приготовления сплавов позволяет в 3 раза сократить расход дорогостоящей лигатуры AlTi5 с обеспечением высокого уровня физико-механических свойств. Установленные эффекты хорошо объясняются с позиции основных закономерностей структурной наследственности.

1. Stojanovic B., Bukvic М., Epler I. Application of aluminum and aluminum alloys in engineering // Applied Engineering Letters. 2018. Vol. 3, No. 2. Р. 52–62.
2. Nappi C. The global aluminium industry 40 years from 1972. 2013. — 27 p.
3. Dudin M. N., Voykova N. A., Frolova E. E., Artemieva J. A. et al. Modern trends and challenges of development of global aluminum industry // Metalurgija. 2017. Vol. 56. P. 255–258.
4. Djurdjević M. B., Odanović Z., Pavlović-Krstić J. Melt quality control at aluminum casting plants // Metallurgical & Materials Engineering. 2010. Vol. 16. P. 63–76.
5. Никитин В. И., Никитин К. В. Наследственность в литых сплавах. — М. : Машиностроение-1, 2005. — 474 с.
6. 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.
7. 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.
8. 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 Translation. 2014. Vol. 44, No. 4. P. 253, 254.
9. Mansurov Yu. N., Rakhmonov J. U., Letyagin N. V., Finogeyev A. S. Influence of impurity elements on the casting properties of Al – Mg based alloys // Non-Ferrous Metals. 2018. No. 1. Р. 24–29.
10. Rana R. S., Rajesh Purohit, Das S. Reviews on the influences of alloying elements on the microstructure and mechanical properties of aluminum alloys and aluminum alloy composites // International Journal of Scientific and Research Publications. 2012. Vol. 2, Iss. 6. Р. 1–7.
11. Murty B. S., Kori S. A., Chakraborty M. Grain refinement of aluminium and its alloys by heterogeneous nucleation and alloying // International Materials Reviews. 2002. Vol. 47, No. 1. P. 3–29.
12. Sigworth G. K., Kuhn T. A. Grain refinement of aluminum casting alloys // International Journal of Metalcasting. 2007. Vol. 115, Iss. 2. Р. 31–40.
13. 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.
14. Faraji M., Katgerman L. Grain refinement and modification in hypoeutectic Al – Si alloys // Foundry Trade Journal. 2010. Vol. 184. P. 315–318.
15. Lakhwinder S., Geetesh G., Rupinderpreet S. Review of the latest developments in grain refinement // International Journal of Modern Engineering Research. 2012. Vol. 2, Iss. 4. Р. 2724–2727.
16. 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 Materials Science. 2016. Vol. 20. Р. 13–24.
17. Nikitin K. V., Nikitin V. I., Timoshkin I. Yu., Biktimirov R. M., Novikov A. P. Hereditary influence of deformed waste on the efficiency of modification of alloy systems Al – Si – Mg and Al – Mg // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2022. Vol. 63, Iss. 4. Р. 400–408.
18. Rathod N. R., Manghani J. V. Effect of modifier and grain refiner on cast Al – 7 Si aluminum alloy: A review // Inter. J. Emerging Trends in Engineering and Development. 2012. Vol. 5, No. 2. Р. 574–581.
19. Fang Q., Granger D. Porosity formation in modified and unmodified A356 alloy castings // AFS Transaction. 1989. Vol. 97. P. 989–1000.
20. Safwan M. A. Al-Qawabah, Adnan I. O. Zaid. Different methods for grain refinement of materials // International Journal Of Scientific & Engineering Research. 2016. Vol. 7, Iss. 7. Р. 1133–1140.
21. Kaiser M. S., Datta S., Roychowdhury A., Banerjee M. K. Effect of scandium on the microstructure and ageing behaviour of cast Al – 6 Mg alloy // Materials Characterization. 2008. Vol. 59, Iss. 11. P. 1661–1666.
22. Shi’ang Zhou, Zhen Zhang, Ming Li, Dejiang Pan et al. Effect of Sc on microstructure and mechanical properties of as-cast Al – Mg alloys // Mater. and Design. 2016. Vol. 90. Р. 1077–1084.
23. Kaiser M. S., Datta S., Roychowdhury A., Banerjee M. K. Effect of scandium on the microstructure and ageing behaviour of cast Al – 6 Mg alloy // Materials Characterization. 2008. Vol. 59, No. 11. P. 1661–1666.
24. Kaiser M. S., Datta S., Bandyopadhyay P. P., Guha A. et al. 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.
25. Никитин В. И., Никитин К. В. О классификации модификаторов для получения литейных и деформируемых сплавов // Металлургия машиностроения. 2020. № 6. С. 8–17.
26. Nogita K., McDonald S. D., Dahle A. K. Eutectic modification of Al – Si alloys with rare earth metals // Materials Transactions. 2004. Vol. 45, No. 2. P. 323–326.
27. Xing P., Gao B., Zhuang Y., Liu K., Tu G. On the modification of hypereutectic Al – Si alloys using rare earth Er // Acta Metall. Sin. (Engl. Lett.). 2010. Vol. 23, Iss. 5. Р. 327–333.
28. Alkahtani S. A., Elgallad E. M., Tash M. M., Samuel A. M., Samuel F. H. Effect of rare earth metals on the microstructure of Al – Si based alloys // Materials. 2016. Vol. 9, Iss. 1. 45.
29. Ri E. Kh., Ri Kh., Goncharov A. V. Effect of Al – Y – Ce – La master alloy on structure formation, liquation processes and properties of AK7ch silumine (AL9) // Proceedings of the ICMTMTE 2019. Sevastopol, Russia, 9–13 September 2019. MATEC Web Conf. 2019. Vol. 298. 56.

30. Ri E. H., Ri Hosen, Khimukhin S. N., Ermakov M. A., Khimukhin T. S. Рroduction of aluminum alloys modificator from ligature // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. Vol. 13, No. 4. Р. 1265–1271.
31. ГОСТ 1583–93. Сплавы алюминиевые литейные. — Введ. 01.01.1997.
32. ГОСТ 11069–2001. Алюминий первичный. Марки. — Введ. 01.01.2003.
33. ГОСТ 53777–2010. Лигатуры алюминиевые. — Введ. 01.07.2010.
34. ГОСТ 804–93. Магний первичный в чушках. — Введ. 01.01.1997.
35. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
36. ГОСТ 211321.1–81. Алюминий и сплавы алюминиевые. Методы определения содержания водорода в твердом металле. — Введ. 01.01.1983.