Актуальні аспекти вмісту водню та кисню в алюмінієвих сплавах

Шрифт:
26

https://doi.org/10.15407/steelcast2021.01.054

Met. litʹe Ukr., 2021, Tom 29, №1, P. 54-60

В.А. Гнатуш, канд. техн. наук, незалежний аналітик, e-mail: vgnatush@gmail.com, https://orcid.org/0000-0003-0772-686X
М.М. Ворон1, канд. техн. наук, ст. наук. співр., е-mail: mihail.voron@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-0804-9496

1Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України (Київ, Україна)

Надійшла 02.02.2021

УДК 669.715:669.714

Представлено аналіз наукових досліджень, присвячених питанням впливу вмісту водню та оксидних включень в алюмінієвих сплавах в контексті взаємодії цих домішок з різними компонентами матеріалу. Виходячи з опублікованих результатів дослідів в наукових роботах, алюмінієві сплави залежно від вмісту в них водню можна розділити на такі чотири групи: алюмінієві сплави з номінальним вмістом водню; алюмінієві сплави, що містять гідридоутворюючі добавки; алюмінієві сплави з високим вмістом водню; алюмінієві сплави з надлишковим вмістом водню (газари). Представлено інформацію стосовно одно- та багатостадійних методів рафінування алюмінієвого розплаву, а також класифікацію методів контролю якості рафінування алюмінієвих сплавів. Розглянуто деякі особливості властивостей алюмінієвих сплавів, які містять гідридоутворюючі добавки. Простежено результати дослідження високого вмісту водню на механічні характеристики алюмінієвих сплавів. Розглянуто особливості технологій створення алюмінієвих сплавів з надвисоким вмістом газів (піноалюмінію). Представлено інформацію стосовно вмісту в алюмінії та алюмінієвих сплавах неметалевих включень та методів визначення їх вмісту в розплаві. На базі проведеного огляду та аналізу показано необхідність проведення комплексних досліджень системи водень – оксид – легуючі/модифікуючі метали в алюмінієвих сплавах з метою уточнення механізмів фізико-хімічних і металофізичних процесів, які реалізуються при кристалізації алюмінієвих розплавів. Відмічається потреба у використанні планування експериментів для побудови математичних моделей взаємозв’язку між вмістом водню/оксиду, технологічними параметрами та властивостями зразків та виробів з алюмінієвих сплавів.

Ключові слова: алюмінієві сплави, водень, оксиди, рафінування, модифікування, неметалеві включення.

Література

1. Бялік О.М., Черненко В.С., Писаренко В.Н., Москаленко Ю.Н. Металознавство: Підручник. К.: ІВЦ «Політехніка», 2001. 375 с.
2. Гнатуш В.А. Світові тенденції ринку вторинної переробки відходів та брухту алюмінієвих сплавів. Процеси лиття. 2020. № 3. С. 56–69. DOI: https://doi.org/10.15407/plit2020.03.056 
3. Aluminum and Aluminum Alloys Casting Problems. URL: http://www.totalmateria.com/Article83.htm (дата звернення: 02.02.2021).
4. Алюминиевые сплавы (свойства, обработка, применение). Справочник. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1973. 679 с.
5. Patent United States 3743263, C22b 21/06. Apparatus for refining molten aluminum / Andrew Geza Szekely; заявл. 27.12.1971; опубл. 03.07.1973.
6. А. с. СССР № 441311, С22В 9/02. Устройство для ультразвуковой дегазации расплавов металлов / Ескин Г.И. и др.; заявл. 02.11.1972; опубл. 30.08.1974. 
7. Фундатор В.И., Леви Л.И., Серебряков В.В. и др. «Фирам-процесс» – метод тонкой очистки металлических расплавов в литниковых системах. Литейное производство. 1976. № 11. С. 1–3
8. Patent United States 5336295, B01D17/02; C22B9/02. Method for Separation and Removal of suspended Liquid Particles from Molten Metal and Associated Apparatus / Diran Apelian et al.; заявл. 02.08.1993; опубл. 08.09.1994. 
9. Boyd R. Davis, Essadiqi E., Javaid A. Final Report on Refining Technologies of Aluminum. Technical Report No. 2003-21(CF). December 2003. P. 21.
10. Фикссен В.Н., Ященко А.В. Дегазация алюминиевых сплавов продувкой аргона в магнитодинамической установке. Процессы литья. 2013. № 4 (100). С. 18–22.m melts. Aluminum, no. 4, pp. 56–61.
11. MTS 1500 Automated melt treatment station. Foseco International Limited. 01/2019. 8 p. URL: https://www.vesuvius.com/en/our-solutions/international/foundry.html (дата звернення: 02.02.2021).
12. Patel J.B., Lazaro Nebreda J., Fan Z. Efficient Degassing of aluminium alloy melts by High Shear Melt Conditioning Technology. Proceedings of the 6th Decennial International Conference on Solidification Processing, Old Windsor, July 2017. P. 597–600.
13. SMARTT – An innovative process control for rotary degassing of aluminum alloys. Vesuvius Group. Foseco International Ltd. UK, 2015. 6 p. URL: https://www.vesuvius.com/content/dam/vesuvius/corporate/Our-solutions/ou...(us).pdf (дата звернення: 02.02.2021).
14. Алюминиевые сплавы: (свойства, обработка, применение): [справочник] / перевод с немецкого под редакцией М.Е. Дрица и Л.Х. Райтбарга. 13-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1979. 679 с.
15. А. с. СССР № 277381, G01N7/14. Способ определения газов в жидких металлах / К.И. Ващенко, Д.Ф. Чернега, О.М. Бялик, А.А. Шишкин; заявл. 30.01.1969; опубл. 22.07.1970.
16. Савицкий Е.М., Терехова В.Ф. Металловедение редкоземельных металлов. АН СССР. Ин-т металлургии им. А.А. Байкова. М.: Наука, 1975. 271с.
17. Гнатуш В.А. Модифицирование редкоземельными металлами алюминиево-кремниевых сплавов: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук: (05.16.04). Киев, 1981. 20 с.
18. Ворон М.М., Фон Прусс М.А., Ліхацький І.Ф. Вплив нікелю та лантану на структурно-фазовий склад і властивості сплаву AlSi9Cu3. Металознавство та обробка металів. 2020. № 2 (26). С. 13–20. DOI: https://doi.org/10.15407/mom2020.02.013
19. Золоторевский В.С., Белов Н.А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. М.: МИСиС, 2005. 376 с.
20. Elgallad E.M., Doty W.H., Alkahtani S.A., Samuel F.H. Effects of La and Ce Addition on the Modification of Al-Si Based Alloys. Advancesin Materials Science and Engineering. 2016. 13 p. DOI: https://doi.org/10.1155/2016/5027243
21. Akopyan T., Belov N., Naumova E., Letyagin N. New in-situ Al matrix composites based on Al-Ni-La eutectic. Materials Letters. 2019. Vol. 245. P. 110–113. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.02.112 
22. Weiss D. Development and Casting of High Cerium Content Aluminum Alloys. Global Casting Magazine. July 2018. Vol. 8. № 2. P. 22–27.
23. Котлярский Ф.М., Борисов Г.П. О двойственной роли водорода в процессе формирования отливок из алюминиевых сплавов. 50-лет в Академии наук Украины: ИЛП, ИПЛ, ФТИМС. Киев. Процессы литья. 2008. С. 425–461.
24. Чернега Д.Ф., Кудь П.Д., Сороченко В.Ф. Влияние комплексной обработки расплава на структуру и механические свойства сплава типа АК 9.Процессы литья. 2009. № 6. С. 3–10.
25. Banhart J. Light-Metal Foams – History of Innovation and Technological Challenges. Advanced Engineering Materials. 2013. Vol. 15. P. 82–111. DOI: https://doi.org/10.1002/adem.201200217 
26. Bell S., Boyd R. Davis, Javaid A., Essadiqi E. Final Report on Refining Technologies of Aluminum. Technical Report No. 2003-
21(CF). Affiliation: Natural Resources Canada. P. 12. DOI: https://doi.org/10.13140/RG.2.2.27655.39847
27. Prillhofer B., Antrekowitsch H., Böttcher H., Enright P. Nonmetallic Inclusions in the Secondary Aluminum Industry for the Production of Aerospace Alloys. Light Metals. 2008. P. 603–608.
28. Gökelma M. et al. Observation on inclusion settling by LiMCA and PoDFA analysis in aluminium melts. Aluminum. 2015. № 4. P. 56–61.