ВЛИЯНИЕ МОДИФИКАТОРОВ НА ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СИЛУМИНОВ

An increase in the sum of alloying elements in industrial silumins causes excess intermetallic phases to form in their structure. When the amount of modifiers introduced into such alloys exceeds a certain amount, structural components coarsen due to overmodification, which may cause deterioration of mechanical properties of cast alloys. As the amount of alloying elements in alloys increases from 7,35 % (АК7ch) to 14,3 % (АК10М2N), the optimum consumption of the modifying microcrystalline remelt decreases from 0,6 to 0,3 wt.%. The optimum amount of introduced titanium is reduced from 0,05 to 0,01 % when using the AlTi5 master alloy and from 0,02 to 0,01 % when using the AlTi5B1 master alloy. With an increase in the silicon content, the modifying effect of the AlSr10 master alloy is enhanced, while the amounts of strontium introduced into alloys are smaller. The paper demonstrates that metallic modifier consumption depends on its modifying property, as well as on the sum of alloying elements in the modified silumin.Повышение суммы легирующих элементов в промышленных силуминах обуславливает формирование в их структуре избыточных интерметаллидных фаз. При внесении в такие сплавы модификаторов выше некоторого определенного количества происходит огрубление структурных составляющих вследствие перемодифицирования, что может вызвать снижение механических свойств литых сплавов. С увеличением суммы легирующих элементов в сплавах от 7,35 % (АК7ч) до 14,3 % (АК10М2Н) оптимальный расход модифицирующего микрокристаллического переплава уменьшается с 0,6 до 0,3 мас.%. При использовании лигатуры AlTi5 оптимальное количество вводимого титана снижается с 0,05 до 0,01 %, а в случае лигатуры AlTi5B1 – с 0,02 до 0,01 %. С увеличением содержания кремния усиливается модифицирующее воздействие лигатуры AlSr10, причем при меньших количествах вводимого в сплавы стронция. Показано, что расход ме-таллического модификатора зависит от его модифицирующей способности, а также от суммы легирующих элементов в модифицируемом силумине

Наследственное влияние структуры шихты на плотность, газосодержание и процессы затвердевания сплава системы Al-Si-Cu

The paper provides the results obtained when studying the initial charge structure effect on the density, gas content and temperature-time parameters of AK6M2 (Al-6%Si-2%Cu) alloy solidification. Coarse crystalline charge billets (C-charge) were obtained when pouring the melt into ceramic molds with sand filling providing a cooling rate υохл ~0.5÷1.0 °C/s. Finely crystalline charge billets (F-charge) were prepared by pouring the melt to cold cast iron molds (υохл ~ 5÷10 °C/s). Charge billets obtained were separately remelted with the same temperature-time conditions, rerefined and degassed with samples taken to determine hydrogen content as well as density values in liquid and solid states. It is established that structural information inherited from the initial charge billets is stable in the solid-liquid-solid system. It was found using direct thermal analysis that the melt obtained from C-charge solidifies with a reduction in liquidus temperature by 3 °С and in the temperatures of the beginning and end of eutectic solidification by 10 °C and 3 °С, respectively, as compared to the melt obtained from C-charge. At the same time, α-Al and eutectic dendrites form in the C-charge melt 0.4 and 0.6 min faster, respectively. The results obtained at the Paraboloid-4 unit showed that the F-charge melt has higher density as compared to the C-charge alloy due to a smaller number of pulses passing through it in the studied temperature range of 750 — 450 °C. Temperature values of aluminum and eutectic dendrite formation determined by J—t temperature relationships (where J is the number of γ pulses, t is the temperature) correlate with the results of direct thermal analysis. General practical recommendations on the purposeful conservation of positive structural information in aluminum alloys are formulated in terms of the structural heredity phenomenon.Представлены результаты исследований по влиянию структуры исходных шихтовых заготовок на плотность, газосодержание и температурно-временные параметры процесса затвердевания сплава АК6М2 (Al—6%Si—2%Cu). Крупнокристаллические шихтовые заготовки (К-шихта) получали при заливке расплава в керамические формы с песчаной засыпкой, обеспечивая скорость охлаждения υохл ~0,5÷1,0 °С/с. Мелкокристаллическую (М) шихту готовили заливкой расплава в чугунные холодные кокили (υохл ~ 5 ÷10 °С/с). Полученные шихтовые заготовки раздельно переплавляли по одинаковым температурно-временным режимам, повторно производили рафинирование, дегазацию и получали пробы для оценки содержания водорода, а также определения значений плотности в жидком и твердом состояниях. Установлено, что структурная информация, унаследованная от исходных шихтовых заготовок, устойчиво сохраняется в системе «твердое-жидкое-твердое». Прямым термическим анализом установлено, что расплав, полученный из М-шихты, в процессе затвердевания характеризуется снижением температуры ликвидуса на 3 °С и температур начала и окончания затвердевания эвтектики на 10 °С и 3 °С соответственно по сравнению с расплавом, полученным из К-шихты. При этом сокращается время формирования дендритов α-Al и эвтектики в расплаве из М-шихты (на 0,4 и 0,6 мин соответственно). Результаты, полученные на установке Параболоид-4, показали, что расплав из М-шихты обладает повышенной плотностью по сравнению со сплавом из К-шихты, так как через него проходит меньшее количество импульсов в исследованном интервале температур 750-450 °С. Значения температур формирования дендритов алюминия и эвтектики, которые определены по температурным зависимостям J—t (где J — число γ-импульсов, t — температура), коррелируются с результатами прямого термического анализа. С позиции явления структурной наследственности даны обобщенные практические рекомендации по целенаправленному сохранению положительной структурной информации в сплавах на основе алюминия

ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ АКУСТИЧЕСКИМИ ПОЛЯМИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al–Si

The research on the influence of melt processing with electromagnetic acoustic fields on the structure and properties of binary alloys Al–12%Si and Al–20%Si was conducted. The frequency of electromagnetic field induced in the loop antenna was changed between 500, 1000 and 2000 kHz during the experiments. Melts were processed after their degassing and refining. It was determined that this method of melt processing reduces the average total time of alloy production by 12 %. Short-term treatment of melts with electromagnetic acoustic fields helps to grind main phase alloy components and to improve their mechanical properties. Grinding of α-Al dendrites (from 30 to 22 μm) and eutectic Si crystals (from 13 to 10 μm) was observed while processing Al–12%Si eutectic alloy with a frequency of 500 kHz. At the same time, Al–20%Si hypereutectic alloy treatment with a frequency of 1000 kHz led to reduction of eutectic Si crystals from 8 to 5 μm, and of primary Si crystals – from 90 to 62 μm. Under specified processing conditions the tensile strength of Al–12%Si eutectic alloy increased by 13 %, and elongation – by 17 %, the same mechanical properties of Al–20%Si hypereutectic alloy increased by 9 and 65 % respectively. Based on the studies performed it was concluded that the choice of parameters for Al–Si melt processing with electromagnetic acoustic fields depended on the silicon content in the alloy. The increase in silica concentration needs treatment with the waves of higher vibration frequency. This processing technique allows modifying the fine crystalline structure of alloys and as a result causes an improvement of their mechanical properties. It can be successfully used for the production of fine-grained ligatures and Al–Si system alloys. However, further research is required to determine optimal processing parameters depending on the structure of the original charge and the nature of the alloys.Выполнены исследования по влиянию обработки расплавов электромагнитными акустическими полями на структуру и свойства двойных сплавов Al–12%Si и Al–20%Si. В процессе экспериментов варьировали частоту электромагнитного поля, наводимого в петле-антенне: 500, 1000 и 2000 кГц. Обработку расплавов проводили после их дегазации и рафинирования. Установлено, что данный способ обработки расплавов обуславливает сокращение общего времени приготовления сплавов в среднем на 12 %. Кратковременная обработка расплавов электромагнитными акустическими полями способствует измельчению основных фазовых составляющих сплавов и повышению их механических свойств. При обработке эвтектического сплава Al–12%Si с частотой 500 кГц наблюдалось измельчение дендритов α-Al (с 30 до 22 мкм) и кристаллов эвтектического Si (с 13 до 10 мкм). При обработке заэвтектического сплава Al–20%Si с частотой 1000 кГц кристаллы эвтектического Si уменьшались с 8 до 5 мкм, первичного Si – с 90 до 62 мкм. При указанных режимах обработки эвтектического сплава Al–12%Si предел прочности при растяжении увеличился на 13 %, относительное удлинение – на 17 %; у заэвтектического сплава Al–20%Si те же показатели повысились на 9 и 65 % соответственно. На основании проведенных исследований сделан вывод о том, что выбор параметров обработки расплавов системы Al–Si электромагнитными акустическими полями должен обуславливаться содержанием кремния в сплаве. С увеличением концентрации кремния необходимо обрабатывать расплав волнами с большей частотой колебания. Указанный способ обработки позволяет получать модифицированную мелкокристаллическую структуру сплавов и, как следствие, вызывает повышение их механических свойств. Он может быть успешно использован при получении мелкокристаллических лигатур и в производстве сплавов системы Al–Si. Для определения оптимальных параметров обработки в зависимости от структуры исходной шихты и природы сплавов требуются дополнительные исследования

О ПРИМЕНЕНИИ НАНОПОРОШКОВОЙ ПРОДУКЦИИ АЗИДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ СВС ДЛЯ АРМИРОВАНИЯ И МОДИФИЦИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

The survey of types and fabrication methods of aluminum matrix composite materials discretely reinforced with ceramic particles and nanoparticles of refractory compounds is given. It is shown that the azide technology of self-propagating high-temperature synthesis (SHS-Az), which uses sodium azide NaN3 as a solid nitriding agent, makes it possible to fabricate numerous comparatively inexpensive micropowders and nanopowders of nitrides, carbonitrides, carbides, and their compositions, which are of interest for the reinforcement and modification of aluminum alloy. Along with the mentioned target ceramic particles, the SHS-Az product contains side haloid salts (sodium and potassium chlorides and fluorides), which can play the role of fluxes with the addition of ceramic particles into the aluminum melt. The results of experiments on the introduction of the nanopowder composition into the melt of AK6M2 alloy, %: β-SiC – 48,6, α-Si3N4 – 27,0, β-Si3N4 – 5,8, Na3AlF6 – 18,6 in the composition of the compacted pseudo-master alloy with the copper powder, which evidence the modifying effect, are presented.Дан обзор видов и методов получения алюмоматричных композиционных материалов, дискретно армированных керамическими частицами и наночастицами тугоплавких соединений. Показано, что азидная технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС-Аз), использующая азид натрия NaN3 в качестве твердого азотирующего реагента, позволяет получать большое число сравнительно недорогих микро- и нанопорошков нитридов, карбонитридов, карбидов и их композиций, которые представляют интерес для армирования и модифицирования алюминиевых сплавов. Наряду с указанными целевыми керамическими частицами продукт СВС-Аз содержит побочные галоидные соли (хлориды и фториды натрия и калия), которые могут играть роль флюсов при добавлении керамических частиц в расплав алюминия. Представлены результаты экспериментов по вводу в расплав сплава АК6М2 нанопорошковой композиции, %: β-SiC – 48,6, α-Si3N4 – 27,0, β-Si3N4 – 5,8, Na3AlF6 – 18,6 в составе прессованной псевдолигатуры с порошком меди, свидетельствующие о модифицирующем эффекте

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ЛИГАТУРЫ AlSi20 НА МИКРОСТРУКТУРУ И ВЯЗКОСТЬ МОДЕЛЬНОГО СИЛУМИНА Al–6%Si В ТВЕРДОМ И ЖИДКОМ СОСТОЯНИЯХ

The effect of the structure of initial charging Al–20wt.%Si alloys on their structure after single remelting and crystallization at equal cooling rate of 20 °C/sec has been investigated. It is found that the structural information from initial charging alloys is steadily saved and transmitted in the «solid–liquid-solid» system. Viscosimetric study of the melts produced from large- and fine-crystalline charging alloys at heating to 1350 °С and subsequent cool-down has confirmed the conclusion that the melts are translators of the structural information. It is found that the temperature of viscosity polyterm branching (hysteresis) (th) at the conditions of heating and cool-down for the melt from coarse-crystalline charging alloy is 1100 °C and that from fine-crystalline charging alloy is 1000 °C. It is noted that in the second case and at cool-down lower than th the viscosity is characterized by elevated values and the polyterm branch has steeper climb. The obtained results testify in favor of using special procedures of charging metal processing for the purpose of embedding the positive structural information into them. Application of this approach is mostly expedient in producing aluminum based foundry alloys.Исследовано влияние структуры исходных шихтовых сплавов Al–20мас.%Si на их структуру после однократного переплава и кристаллизации с одинаковой скоростью охлаждения 20 °С/с. Установлено, что структурная информация от исходных шихтовых сплавов устойчиво сохраняется и транслируется в системе «твердое–жидкое–твердое». Вискозиметрическое изучение расплавов, полученных из крупно- и мелкокристаллических шихтовых сплавов в режиме нагрева до 1350 °С и последующего охлаждения, подтвердило вывод о том, то расплавы являются трансляторами структурной информации. Установлено, что температура ветвления (гистерезис) политерм вязкости (tг) в режимах нагрева и охлаждения для расплава из крупнокристаллического шихтового сплава составляет 1100 °С, а из мелкокристаллического шихтового сплава – 1000 °С. Отмечено, что во втором случае вязкость в режиме охлаждения ниже tг характеризуется повышенными значениями, а ветвь политермы имеет более крутое восхождение. Полученные результаты свидетельствуют в пользу использования специальных способов обработки шихтовых металлов с целью закладки в них положительной структурной информации. Применение данного подхода наиболее целесообразно при получении лигатур на основе алюминия.

НАСЛЕДСТВЕННОЕ ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ШИХТОВЫХ МЕТАЛЛОВ НА ПЛОТНОСТЬ АЛЮМИНИЕВЫХ РАСПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al–Si

The influence of dispersity of charge silicon and structure of initial charge alloys on density of silumins of the Al–Si system is investigated using the improved express-method for determining the melt density. It is established that the structure of charge materials substantially and stably affects this characteristic, which should be taken into account in preparation technologies of alloys of the Al–Si system.С использованием усовершенствованного экспресс-метода определения плотности расплавов выполнены исследования влияния дисперсности шихтового кремния и структуры исходных шихтовых сплавов на плотность силуминов системы Al–Si. Установлено, что структура шихтовых материалов оказывает существенное и устойчивое влияние на данный показатель, что необходимо учитывать в технологиях приготовления сплавов системы Al–Si

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ШИХТОВЫХ ЗАГОТОВОК, ПЕРЕГРЕВА И ВРЕМЕНИ ВЫДЕРЖКИ РАСПЛАВОВ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ Al–5мас.%Cu В ЖИДКОМ И ТВЕРДОМ СОСТОЯНИЯХ

The influence of the structure of charge bars, overheating temperatures, and isothermal holding time of Al–5 wt % Cu melts on their properties in solid and liquid states is investigated. It is revealed using the express method that the density of melts obtained from fine-crystalline charge bars (F-c charge) has reduced values compared with the melts from coarse-crystalline charge bars (C-c charge). This peculiarity is retained over the entire studied range of overheating temperatures (760–1060 °C). The influence of the structure of initial charge bars manifests itself in the second generation (after melting and crystallization from corresponding overheating temperatures): alloys fabricated from the F-c charge have the smaller dendritic parameter α-Al and increased density and electrical conductivity compared with the alloys made from the C-c charge. It is shown that the involvement of deformed aluminum and copper waste into the charge composition provides the finely dispersed structure and increased density of Al–5 wt % Cu alloys in the solid and liquid states.Исследовано влияние структуры шихтовых заготовок, температуры перегревов и времени изотермической выдержки расплавов Al–5мас.%Cu на их свойства в твердом и жидком состояниях. С использованием экспресс-метода выявлено, что плотность расплавов, полученных из мелкокристаллических шихтовых заготовок (М-шихта), имеет пониженные значения по сравнению с расплавами из крупнокристаллических шихтовых заготовок (К-шихта). Данная особенность сохраняется во всем изученном диапазоне температур перегревов (760–1060 °С). Влияние структуры исходных шихтовых заготовок проявляется во втором поколении (после расплавления и кристаллизации с соответствующих температур перегревов): сплавы, полученные из М-шихты, в твердом состоянии имеют меньший размер дендритного параметра α-Al, повышенные значения плотности и электропроводности по сравнению со сплавами из К-шихты. Показано, что вовлечение в состав шихты деформированных отходов алюминия и меди обеспечивает получение мелкодисперсной структуры и повышенной плотности сплавов Al–5мас.%Cu в твердом и жидком состояниях

ОБРАБОТКА РАСПЛАВОВ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНЫМИ ПОЛЯМИ С ЦЕЛЬЮ УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРОЙ И СВОЙСТВАМИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СИЛУМИНОВ

Computer modeling was used to simulate main force factors of aluminum melt processing by pulsed magnetic fields both in the radial and axial impact pattern. It was found that a shock wave arising after a single pulse propagates throughout the melt volume within 40 μs in the radial impact pattern, and within 416 μs in the axial pattern. Experimental studies of Al–Si–Cu and Al–Si–Cu–Ni industrial silumins confirmed a sustainable modifying effect resulting from the magnetic-pulse treatment (MPT): α-Al dendrites and eutectic silicon crystals are reduced in size, while density and electrical conductivity of as-cast alloys increase along with their mechanical properties and ductility. Based on the experimental studies it was concluded that the best MPT performance is obtained with the axial impact pattern. Выполнено компьютерное моделирование основных силовых факторов при обработке алюминиевых расплавов импульсными магнитными полями по радиальной и осевой схемам воздействия. Установлено, что при радиальной схеме ударная волна, возникающая в расплаве после единичного импульса, прорабатывает весь его объем в течение 40 мкс, а по осевой – в течение 416 мкс. Экспериментальные исследования на промышленных силуминах АК6М2 и АК10М2Н подтвердили наличие устойчивого модифицирующего эффекта при магнитно-импульсной обработке (МИО): уменьшаются размеры дендритов α-Al и кристаллов эвтектического кремния, повышаются плотность и электропроводность, а также прочность и пластичность сплавов в литом состоянии. На основании экспериментальных исследований сделан вывод о наибольшей технологичности МИО при осевой схеме воздействия.

Rapid ecological change in the coastal zone of Lake Baikal (East Siberia): Is the site of the world\u27s greatest freshwater biodiversity in danger?

Ecological degradation of the benthic littoral zone is an emerging, urgent problem at Lake Baikal (East Siberia), the most species-rich lake on Earth. Within the last five years, multiple changes have occurred in the nearshore benthos where most of the lake\u27s endemic species reside. These changes include proliferation of benthic algae, deaths of snails and endemic sponges, large coastal wash-ups of dead benthic algae and macrophytes, blooms of toxin-producing benthic cyanobacteria, and inputs of industrial contaminants into parts of the lake. Some changes, such as massive coastal accumulations of benthic algae, are currently shared with the Laurentian Great Lakes (LGLs); however, the drivers of these changes differ between Lake Baikal and the LGLs. Coastal eutrophication from inputs of untreated sewage is causing problems at multiple sites in Lake Baikal, whereas in the LGLs, invasive dreissenid mussels redirect pelagic nutrients to the littoral substrate. At other locations in Lake Baikal, ecological degradation may have different causes including water level fluctuations and the input of toxic industrial contaminants. Importantly, the recent deterioration of the benthic littoral zone in both Lake Baikal and the LGLs has occurred while little change has occurred offshore. This highlights the necessity of monitoring both the littoral and pelagic zones of large lakes for assessing ecosystem health, change and conservation