Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy / Известия вузов. Цветная металлургия
Not a member yet
659 research outputs found
Sort by
Структура и свойства сплава Al–Cu–Yb с примесями железа и кремния
No full text The effect of iron and silicon impurities on the phase composition and properties of the Al–4.3Cu–2.2Yb quasi-binary alloy was determined. In addition to the aluminum solid solution and dispersed eutectic ((Al) + Al8Cu4Yb) containing about 1 % of dissolved iron, Al3 Yb/(Al,Cu)17Yb2 and Al80Yb5Cu6 Si8 phases were identified in the cast alloy microstructure (the latter was not found in an alloy of a similar composition but without impurities). After homogenization annealing at t = 590 °C for 3 h, the structure is represented by compact fragmented and coagulated intermetallic compounds 1–2 μm in size, and a solid solution (Al) with a maximum copper content of 2.1 %. The hardness of deformed sheets significantly decreases after 30 min of annealing, and then changes slightly in the following 5.5 h of annealing at t = 150÷210 °C. After annealing at 180 °C (τ = 3 h), a substructure with a subgrain size of 200–400 nm is formed in the alloy structure. Rolled sheet softening occurs due to recovery and polygonization processes after annealing at temperatures up to 250 °C, and due to recrystallization after annealing at temperature above 300 °C. After annealing at 300 °C (τ = 1 h), the recrystallized grain size is 7 μm. The grain increases to 16 μm after annealing at t = 550 °C (τ = 1 h). The alloy under study has a high level of mechanical properties (conditional yield limit is 205–273 MPa, tensile strength is 215–302 MPa, relative elongation is 2.3–5.6 %) in the annealed state after rolling. Iron and silicon impurities do not lead to the formation of coarse lamellar intermetallic phases and do not reduce the ductility of the investigated alloy. Определено влияние примесей железа и кремния на фазовый состав и свойства квазибинарного сплава Al–4,3Cu–2,2Yb. В микроструктуре литого сплава помимо алюминиевого твердого раствора и дисперсной эвтектики ((Al) + Al8Cu4Yb), в которой растворено около 1 % железа, идентифицированы фазы Al3 Yb/(Al,Cu)17Yb2 и Al80Yb5Cu6 Si8 (последней не обнаружено в сплаве аналогичного состава без примесей). После гомогенизационного отжига при температуре t = 590 °С в течение 3 ч структура представлена компактными фрагментированными и коагулированными интерметаллидами размером 1–2 мкм и твердым раствором (Al) с максимальным содержанием меди 2,1 %. Твердость деформированных листов существенно снижается через 30 мин отжига, а затем в последующие 5,5 ч слабо меняется при t = 150÷210 °С. После отжига при t = 180 °С (τ = 3 ч) в структуре сплава формируется субструктура с размером субзерна 200–400 нм. Разупрочнение после отжига прокатанных листов при температурах до 250 °С происходит за счет протекания процессов возврата и полигонизации, а выше 300 °С – за счет рекристаллизации. После отжига при t = 300 °С (τ = 1 ч) размер рекристаллизованного зерна составляет 7 мкм. Зерно увеличивается до 16 мкм после отжига при t = 550 °С (τ = 1 ч). Исследуемый сплав демонстрирует высокий уровень механических свойств (условный предел текучести – 205–273 МПа, предел прочности – 215–302 МПа, относительное удлинение – 2,3–5,6 %) в отожженном после прокатки состоянии. Примеси железа и кремния не приводят к образованию грубых пластинчатых интерметаллидных фаз и не снижают пластичности исследованного сплава
Наследственное влияние деформированных отходов на эффективность модифицирования сплавов систем Al–Si–Mg и Al–Mg
No full text The paper provides the results of studies into the effect of the charge composition on the structure and mechanical properties of Al–Si–Mg (AK9ch) and Al–Mg (AMg6l) cast aluminum alloys. It was shown that deformed waste included in the charge composition (electrical waste of aluminum and waste of beverage cans based on the 3104 alloy – for AK9ch; AMg6 alloy plates – for AMg6l) contributes to the formation of dispersed micro- and macrostructure of working alloys in the solid state. The effect of modification (AlSr20 master alloy – for AK9ch; AlTi5 master alloy – for AMg6l) on the structure and mechanical properties of alloys obtained with various charge options was studied. Experiments on the effect of the charge composition on the AK9ch and AMg6l modifiability showed that the deformed waste structure is partially inherited by working alloys through the liquid state. With similar chemical compositions, alloys obtained with an increased proportion of deformed waste in the charge composition feature by smaller micro- and macrostructure sizes and improved mechanical properties (tensile strength and tensile elongation). It was found that when a certain amount of the modifier element (0.06 % Sr for the AK9ch alloy; 0.04 % Ti for the AMg6l alloy) is exceeded in these alloys, the over-modification effect appears. This is expressed in enlarged micro- and macrostructure parameters, as well as lowered tensile strength. The results obtained show that the optimal amount of the deformed waste proportion in the charge composition will make it possible to reduce the consumption of expensive modifying master alloys with a guaranteed effect of modification in practice. Представлены результаты исследований по влиянию состава шихты на структуру и механические свойства литейных алюминиевых сплавов систем Al–Si–Mg (АК9ч) и Al–Mg (АМг6л). Показано, что вовлечение в состав шихты деформированных отходов (электротехнических отходов алюминия и баночных отходов на основе сплава 3104 – для АК9ч; пластин сплава АМг6 – для АМг6л) способствует формированию дисперсной микро- и макроструктуры рабочих сплавов в твердом состоянии. Исследовано влияние модифицирования (лигатура AlSr20 – для АК9ч; лигатура AlTi5 – для АМг6л) на структуру и механические свойства сплавов, полученных по различным вариантам шихты. Эксперименты по влиянию состава шихты на модифицируемость сплавов АК9ч и АМг6л выявили, что структура деформированных отходов частично наследуется рабочими сплавами через жидкое состояние. При близких химических составах меньшими размерами микро- и макроструктуры и повышенными механическими свойствами (предел прочности и относительное удлинение при растяжении) характеризуются сплавы, полученные с использованием повышенной доли деформированных отходов в составе шихты. Установлено, что в таких сплавах превышение определенного количества элемента-модификатора (0,06 % Sr – для сплава АК9ч; 0,04 % Ti – для сплава АМг6л) обуславливает проявление эффекта перемодифицирования. Это выражается вь укрупнении параметров микро- и макроструктуры, а также снижении предела прочности при растяжении. Полученные результаты показывают, что оптимальное количество доли деформированных отходов в составе шихты позволит на практике сократить расход дорогостоящих модифицирующих лигатур с обеспечением гарантированного эффекта от модифицирования
Влияние параметров обработки расплава наносекундными электромагнитными импульсами на формирование структуры литых алюмоматричных композитов
No full text The paper focuses on establishing the effect of nanosecond electromagnetic pulses (NEPs) with different amplitudes on the formation of the structure of cast aluminum matrix composites of the Al–Mg2Si pseudobinary system with hypoeutectic (5 wt. % Mg2Si) and hypereutectic (15 wt. % Mg2Si) compositions. As the NEP generator amplitude in composites containing 5 and 15 wt. % Mg2Si increases, the matrix alloy structural components (α-solid solution and eutectic) are refined, while no significant differences in the sizes and morphology of Mg2Si primary crystals were observed in the hypereutectic range of compositions. Presumably, the observed nature of the NEP effect on the structure of composites in the hypereutectic region of compositions is associated with the features of their crystallization behavior. The temperature range of the L + Mg2Si two-phase region presence is much lower than NEP irradiation temperatures. Apparently, this is the reason why NEPs have no effect on the thermodynamic state of Mg2Si primary crystal/melt interfaces. It was shown that a promising option for the simultaneous modifying effect on all structural components of Al–Mg2Si aluminum matrix composites (solid solution, eutectic, Mg2Si primary particles) is a combination of thermal-rate treatment and irradiation of melts by NEPs, as well as additional melt processing by NEPs during crystallization. Работа направлена на установление влияния наносекундных электромагнитных импульсов (НЭМИ) с различной амплитудой на формирование структуры литых алюмоматричных композитов псевдобинарной системы Al–Mg2Si с доэвтектическим (5 мас. % Mg2Si) и заэвтектическим (15 мас. % Mg2Si) составами. С повышением амплитуды генератора НЭМИ в композитах с 5 и 15 мас. % Mg2Si происходит измельчение структурных составляющих матричного сплава (α-твердого раствора и эвтектики), при этом во всем диапазоне опробованных вариантов амплитуды генератора НЭМИ не наблюдали существенных различий в размерах и морфологии первичных кристаллов Mg2Si в заэвтектической области составов. Предположительно, наблюдаемый характер влияния НЭМИ на структуру композитов в заэвтектической области составов связан с особенностями их кристаллизационного поведения. Температурный диапазон существования двухфазной области L + Mg2Si значительно ниже температур облучения НЭМИ – по-видимому, в связи с этим НЭМИ не оказывает влияния на термодинамическое состояние границ «первичный кристалл Mg2Si – расплав». Показано, что перспективным вариантом одновременного модифицирующего воздействия на все структурные составляющие алюмоматричных композитов Al–Mg2Si (твердый раствор, эвтектика, первичные частицы Mg2Si) является комбинирование термоскоростной обработки и облучения расплавов НЭМИ, а также дополнительная обработка расплавов НЭМИ в процессе кристаллизации
РАЗРАБОТКА И ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЕ ОПРОБОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПРУТКОВ СПЛАВА Д16(Т) ИЗ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК МАЛОГО ДИАМЕТРА С НИЗКИМИ КОЭФФИЦИЕНТАМИ ВЫТЯЖКИ
No full textThe article describes the development and pilot-scale testing of the technology for producing bars of the D16(T) aluminum alloy by radial-shear rolling from continuously cast billets with a diameter of 72 mm in several passes. The actual dimensions of rolled bars were within the ±0.16 mm tolerance for all bar diameters, which significantly surpasses the GOST 21488-97 requirements. According to the results of tensile tests, the values of ultimate strength, conventional yield strength, relative elongation and relative reduction were determined. Ultimate strength and relative elongation requirements specified by regulatory documents for the D16(T) alloy were met with a total elongation ratio of more than 4.2. In terms of plastic properties, the obtained bars surpass the GOST requirements by 2.1–2.5 times in the entire range of elongation ratios investigated starting from 2.07. At the same time, there is an increase in the relative elongation by 5.7–6.8 times in comparison with the initial cast state. The microstructure and morphology analysis conducted for secondary phases showed that with a decrease in the bar diameter (with an increase in the total elongation ratio), the average particle size of the α(AlFeMnSi) phase insoluble in the aluminum matrix decreases, which is a consequence of deformation processes developed during rolling. Additional grinding of inclusions during deformation processing can significantly reduce the possible negative effect of the insoluble phase on the mechanical properties of resulting bars, in particular on the plasticity properties. The microstructure analysis showed that bars after rolling and heat treatment are free from cracks, looseness, delamination, and other defects and meet the requirements of GOST 21488-97.Разработана и опробована в опытно-промышленном масштабе технология производства прутков из алюминиевого сплава Д16(Т), полученных способом радиально-сдвиговой прокатки из непрерывно-литых заготовок диаметром 72 мм за несколько проходов. Фактические диаметры прокатанных прутков находились в пределах допуска ±0,16 мм, что существенно меньше требований, предусмотренных ГОСТ 21488-97. По результатам испытаний методом растяжения определены значения предела прочности, условного предела текучести, относительного удлинения и относительного сужения. Требования нормативной документации по пределу прочности и относительному удлинению для сплава Д16Т удовлетворяются при суммарном коэффициенте вытяжки более 4,2. По пластическим свойствам полученные прутки в 2,1–2,5 раза превышают требования указанного ГОСТ во всем диапазоне исследованных коэффициентов вытяжки, начиная с 2,07. При этом отмечается повышение относительного удлинения в 5,7–6,8 раза по сравнению с исходным литым состоянием. Проведенный анализ микроструктуры и морфологии вторичных фаз показал, что с уменьшением диаметра прутка (с увеличением суммарного коэффициента вытяжки) средний размер частиц нерастворимой в алюминиевой матрице фазы α(AlFeMnSi) уменьшается, что является следствием развития деформационных процессов при прокатке. Дополнительное измельчение включений при деформационной обработке позволяет существенно снизить возможный негативный эффект от нерастворимой фазы на механические свойства получаемой заготовки, в особенности на показатель пластичности. Согласно результатам анализа микроструктуры выявлено, что прутки после прокатки и термообработки не имеют трещин, скоплений усадочных пор, расслоений и других дефектов и удовлетворяют требованиям ГОСТ 21488-97
Получение присадочной проволоки для заварки дефектов в отливках из магниевого сплава МЛ12 (ZK51)
No full text In magnesium alloys castings, the casting defects such as shrinkage porosity are often occur. Such defects can be suppressed by repair welding or surfacing using a special filler rod. Unfortunately, in Russia, the low amount of filler rod is consumed. Therefore, native enterprises do not manufacture it, limiting themselves to imports or homemade low-quality substitutes. Nevertheless, there is a need for filler rod, and recently it has become unprofitable to replace them with imported materials due to a significantly increased price. Therefore, there is a need to study the technology of its production to replace imported filler rod with native material. Magnesium alloys based on the Mg–Zn–Zr (La, Nd) system: SV1, SV122, and ML12 (ZK51) that used as a filler rod for repair welding of ZK51 alloy castings were studied in this work. The samples were obtained by permanent mold casting into aluminum molds followed by hot extrusion into a filler rod with a diameter of 4 mm. It was shown that all the investigated alloys could be obtained in the form of a rod with a diameter of 4 mm. Therefore, the investigated rod samples from the SV122 alloy were used as filler material for repair welding of ZK51 magnesium alloy castings. The weld seam in the T1 condition has an ultimate tensile strength (UTS) about 80 % of the UTS of the casting material. В отливках, полученных из магниевых сплавов, часто возникают литейные дефекты усадочной природы или изъяны, связанные с поверхностным окислением металла в форме (загары). Подобные дефекты можно заделывать путем их разделки и последующей заварки или наплавки с использованием специальной присадочной проволоки. В России объем потребляемой присадочной проволоки очень мал, поэтому специально ее производством отечественные предприятия не занимаются, ограничиваясь импортом либо кустарно произведенными низкокачественными суррогатами. Тем не менее потребность в присадочной проволоке имеется, причем в последнее время покрывать ее импортными материалами стало невыгодно из-за сильно возросшей цены. Поэтому существует необходимость в исследовании технологии ее получения для замещения импортных образцов присадочной проволоки отечественным материалом. В работе изучали магниевые сплавы на базе системы Mg–Zn–Zr (La, Nd): CВ1, СВ122 и МЛ12, применяемые в качестве присадочной проволоки для заварки дефектов в отливках из сплава МЛ12. Образцы получали методом наполнительного литья в алюминиевые цилиндрические изложницы с последующим горячим экструдированием в присадочную проволоку диаметром 4 мм. В результате проведенных исследований было показано, что все изученные сплавы могут быть получены в виде проволоки диаметром 4 мм. Исследованные образцы проволоки из сплава СВ122 использованы в качестве присадочного материала для заварки дефектов отливок из магниевого сплава МЛ12. Сварной шов в состоянии Т1 имеет предел прочности на растяжение (σв ), составляющий около 80 % от предела прочности материала отливки
Гидрометаллургическая переработка отработанных цинк-марганцевых элементов питания
No full text This paper explores the possibility of zinc-manganese battery recycling in alkaline solutions. It was shown that three-stage washing could remove potassium chlorides from active mass of milled batteries. Influence pattern regularities were established for some parameters (temperature, alkali concentration and number of cycles) of alkaline leaching of a zinc-carbon and alkaline battery mixture in respect of zinc extraction into the solution. The reason of low zinc extraction from this material was found to be the presence of zinc and manganese compounds as heterolite and hydroheterolite that are difficult to dissolve in alkalis. It was found that zinc extraction increases by 2.6 times with an increase in the NaOH concentration from 100 to 205 g/dm3 , but further increase in the NaOH concentration, as well as an increase in temperature in the range of 30–85 °C, does not affect zinc extraction into the solution. Optimal process parameters of zinc-carbon and alkaline battery leaching at 30 min leaching time and 200 g/dm3 pulp density were determined as follows: temperature is 30 °C, NaOH concentration is 390 g/dm3 . Experiments on zinc ion accumulation with repeated filtrate leaching showed that increasing the initial NaOH concentration to 390 g/dm3 makes it possible to transfer the maximum possible amount of zinc into the solution at the same NaOH consumption due to the cyclic treatment of solutions. Zinc and NaOH concentrations in solutions after leaching reached 59 g/dm3 and 300 g/dm3 , respectively. Solutions obtained could be sent to zinc electrowinning and then returned to leaching again. Изучена возможность переработки цинк-марганцевых батарей в щелочной среде. Показано, что трехступенчатая отмывка позволяет удалить хлориды калия из активной массы измельченных батарей. Установлены закономерности влияния параметров щелочного выщелачивания смеси солевых и щелочных батарей (температура, концентрация щелочи и количество циклов) на извлечение цинка в раствор. Определена причина низкого извлечения цинка из данного материала – наличие труднорастворимых в щелочах соединений цинка и марганца: гетеролита и гидрогетеролита, которые могут образовываться в процессе эксплуатации батарей. Выявлено, что с повышением концентрации NaOH от 100 до 205 г/дм3 растет извлечение цинка в 2,6 раза, но дальнейшее увеличение содержания NaOH и температуры в диапазоне 30–85 °С не влияет на переход цинка в раствор. Определены оптимальные режимы выщелачивания смеси солевых и щелочных батарей при продолжительности 30 мин и плотности пульпы 200 г/дм3 : температура 30 °С, концентрация NaOH – 390 г/дм3 . Проведение опытов по накоплению ионов цинка с повторным направлением на выщелачивание фильтрата показало, что при повышении исходной концентрации NaOH до 390 г/дм3 удается перевести максимально возможное количество цинка в раствор при том же расходе NaOH за счет цикличной обработки растворов. Концентрация цинка в растворах после выщелачивания достигала 59 г/дм3 , а NaOH – 300 г/дм3. Полученные растворы могут направляться на электроэкстракцию цинка и затем снова возвращаться на выщелачивание
ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВОВ МЕТАЛЛОМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИТОВ: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
No full textThis review focuses on the known theoretical and experimental results in the field of obtaining metal matrix composite materials by processing the melts using physical methods in the conditions of casting and metallurgical processes. The possibilities, advantages and disadvantages of various physical impact methods are considered from the standpoint of their effect on the structural and morphological characteristics, physicomechanical and operational properties of cast composite materials based on aluminum and its alloys. The paper provides a classification and a detailed description of physical methods used for melt processing when obtaining metal matrix composites depending on the melt state during processing (melting, pouring and crystallization) and according to the physical principle of the effects applied (thermal, electromagnetic, cavitation, mechanical, etc). The paper describes a contemporary view of the laws and mechanisms of the effect exerted by melt processing using physical methods on the structure and phase formation processes of as-cast metal matrix composites. The currently known effects of the impact on their structure are described from a qualitative and quantitative point of view, in particular, effects associated with a change in the wettability of particles, their distribution, dispersion and morphology, as well as with a change in the structural state of the matrix material. The paper systematizes the data on the properties of metal matrix composites obtained using physical impacts on the melt during melting and crystallization. The research shows the prospects for the development and practical application of physical impact methods for melts in the production of metal matrix composites based on various matrix materials and reinforcement systems including endogenously, exogenously and integrally reinforced composite materials. Priority areas of theoretical research and experimental development are discussed highlighting discussion areas and issues in the field of obtaining metal matrix composites using physical impacts on melts during melting and crystallization. Areas for future research in this field are proposed based on the systematic analysis of key problems limiting the widespread industrial use of physical methods for melt processing.Настоящий обзор посвящен известным теоретическим и экспериментальным результатам в области использования физических методов обработки расплавов при получении металломатричных композиционных материалов в условиях литейно-металлургических технологических процессов. Рассмотрены возможности, преимущества и недостатки различных способов физических воздействий с позиции их влияния на структурно-морфологические характеристики, физико-механические и эксплуатационные свойства литых композиционных материалов на основе алюминия и его сплавов. Представлена классификация и дано развернутое описание физических методов обработки расплавов при получении металломатричных композитов в зависимости от состояния расплава в ходе обработки (при плавке, заливке, кристаллизации) и по физическому принципу накладываемых воздействий (тепловые, электромагнитные, кавитационные, механические и др.). Изложены современные представления о закономерностях и механизмах влияния обработки расплава физическими методами на процессы структуро- и фазообразования металломатричных композитов в литом состоянии. С качественных и количественных позиций описаны известные к настоящему времени эффекты воздействия на их структуру, в частности связанные с изменением смачиваемости частиц, их распределения, дисперсности и морфологии, а также структурного состояния матричного материала. Систематизированы данные о свойствах металломатричных композитов, полученных с применением физических воздействий на расплав при плавке и кристаллизации. Показаны перспективы развития и практического применения физических воздействий на расплавы при получении металломатричных композитов на основе различных матричных материалов и систем армирования, включая эндогенно-, экзогенно- и комплексно-армированные композиционные материалы. Обсуждаются приоритетные направления теоретических исследований и экспериментальных разработок, раскрываются дискуссионные области и вопросы в области получения металломатричных композитов с применением физических воздействий на расплавы при плавке и кристаллизации. На основе системного анализа ключевых проблем, ограничивающих широкое промышленное использование физических методов обработки расплавов, предложены области будущих исследований в данном направлении