автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка комплексных технологий получения мелкокристаллических лигатур для алюминиевых сплавов

ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

На правах рукописи 005002182

ТИМОШКИН Иван Юрьевич

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЛКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЛИГАТУР ДЛЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

2 4 НОЯ 2011

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2011

005002182

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» на кафедре «Литейные и высокоэффективные технологии»

Научный руководитель: доцеит кафедры «ЛиВТ» СамГТУ,

кандидат технических наук Никитин Константин Владимирович

Официальные оппоненты: заведующий кафедрой «ТМиЛП» МГОУ, доктор технических наук, профессор

доцент кафедры «ЛПиКМ» ВлГУ, кандидат технических наук

Ведущая организация:

Батышев Александр Иванович

Шаршин Владимир Николаевич ОАО «АВТОВАЗ» (г. Тольятти)

Защита диссертации состоится 21 декабря 2011 г. в 15:30 на заседании диссертационного совета Д 212.025.03 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87, корпус 1, аудитория 335.

Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, прошу направлять по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, ФГБОУ ВПО ВлГУ, диссертационный совет Д 212.025.03, тел./факс: 8(4922)331391, e-mail: lpikm@vlsu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета имени А.Г. и Н.Г. Столетовых

Автореферат разослан ноября 2011 г. и размещен на сайте ВлГУ www.vlsu.ni «/.^>> ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.т.н., доцент \J/l A.A. Панфилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в машино- и автомобилестроительных отраслях промышленности остро стоит вопрос об увеличении доли изделий из алюминиевых сплавов. Сплавы на основе системы Al-Si широко применяются в производстве литых изделий конструкционного и функционального назначения.

В производстве алюминиевых сплавов используются разнообразные шихтовые материалы, влияние структуры которых на структуру и свойства литых изделий практически не учитывается. Традиционные технологии получения, например, чушковых силуминов на большинстве заготовительных предприятий металлургического передела направлены, в основном, на обеспечение регламентируемого в ГОСТ 15 83 химического состава и чистоты сплавов по неметаллическим включениям. Однако, соблюдение только этих требований не обеспечивает получение благоприятной микроструктуры отливок и, как следствие, гарантированного уровня механических свойств.

Известно, что управление структурой и свойствами сплавов можно осуществлять, используя в шихте лигатуры с заданными структурными параметрами. Однако, в ГОСТ 53777-2010 на алюминиевые лигатуры регламентируются только их химический состав, чистота по неметаллическим включениям и внешний вид.

В связи с этим, актуальными становятся задачи по разработке комплексных технологий получения мелкокристаллических лигатур для алюминиевых сплавов, позволяющих целенаправленно формировать структуру и свойства литых изделий на всех этапах их производства. Данные задачи могут быть успешно решены за счет закладки требуемой структурной информации с помощью специальных способов обработки шихтовых материалов в системе «твердое-жидкое-твердое».

Работа выполнена в соответствии с тематическими планами СамГТУ на проведение фундаментальных исследований Минобрнауки РФ (2008-2010 гг.), Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (конкурс «Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Металлургические технологии» в рамках мероприятия 1. 3. 2. «Проведение научных исследований целевыми аспирантами»; государственный контракт № П181 от 20.04.2010 г.).

Основная часть исследований и экспериментов выполнена на базе «Центра литейных технологий» (ЦЛТ) и Центра коллективного пользования «Исследование физико-химических свойств веществ и материалов» ФГБОУ ВПО СамГТУ.

з

Целью работы является разработка технологий получения мелкокристаллических лигатур с использованием рециклируемых металлических отходов для производства алюминиевых сплавов конструкционного и функционального назначения.

Для достижения поставленной цели в работе решали следующие основные задачи:

1. Исследовать влияние специальных способов обработки шихтовых металлов в твердом, жидком и кристаллизующемся состояниях на структуру и свойства лигатур систем Al-Si, Al-Cu, Al-Fe.

2. Оценить степень эффективности специальных способов обработки шихтовых металлов и обосновать их комбинированное применение для получения мелкокристаллических лигатур.

3. Разработать технологические основы получения мелкокристаллических лигатур на основе алюминия. Провести испытания литейных силуминов АК5М, АК12М2, АК21М2,5Н2,5 (конструкционное назначение) и припоев Al-10,5%Si и А34 (функциональное назначение), изготовленных с использованием мелкокристаллических лигатур.

Научная новизна работы:

1. Уточнен механизм формирования кристаллов первичного кремния в структуре лигатуры марки A1SÍ20 при использовании разных способов обработки шихтовых металлов в твердом, жидком и кристаллизующемся состояниях.

2. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования в шихте порошкового кремния, обеспечивающего формирование дисперсных кристаллов Sin компактной морфологии в лигатуре марки A1SÍ20.

3. Установлена зависимость электропроводности лигатуры марки A1SÍ20 от размеров кристаллов Si„. Разработана номограмма для определения размеров кристаллов Sin по значениям электропроводности без металлографических исследований. Предложен безразмерный критерий Кэф для оценки эффективности способа обработки шихтовых металлов.

4. Доказано, что структурная информация, заложенная в лигатуры систем Al-Si, Al-Cu и Al-Fe специальными способами обработки, наследуется структурой конструкционных (АК5М, АК12М2, АК21М2,5Н2,5) и функциональных (Al-10,5%Si; А34) сплавов.

5. Установлено и теоретически обосновано положительное влияние деформированных отходов на структуру и свойства конструкционных (АК5М, АК12М2, АК21М2,5Н2,5) и функциональных (Al-10,5%Si; А34) сплавов.

Практическая ценность:

1. Предложены и обоснованы комбинированные способы обработки шихтовых металлов, обеспечивающие получение мелкокристаллического строения лигатур Al-Si, Al-Cu и Al-Fe.

2. Разработаны комплексные технологии получения мелкокристаллических лигатур A1SÍ20, чипс-лигатур и литых припоев марки А34 (А1-28%Cu-6%Si). На базе ЦЛТ СамГТУ организовано малотоннажное производство чипс-лигатур и литых припоев марки А34. Продукция поставляется на ЗАО ПФ «Плавка и пайка» (г. Москва), получены акты внедрения.

3. Результаты исследований включены в рекомендации по совершенствованию технологии алюминиевого литья ОАО «АВТОВАЗ» (г. Тольятти) и учтены при формировании финансируемой программы сотрудничества ОАО «АВТОВАЗ» с базовыми ВУЗами (проект «Разработка мелкокристаллических модифицирующих лигатур для алюминиевых сплавов»),

4. Результаты работы используются в учебном процессе ФГБОУВПО СамГТУ по дисциплинам «Цветные металлы» и «Наследственность в литых сплавах», а также при выполнении НИР.

Личный вклад автора состоит в теоретическом обосновании поставленных целей и задач, проведении экспериментальных исследований, анализе полученных результатов и их обобщении.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих российских и международных научно-технических конференциях и симпозиумах: VII международной научно-практической конференции «Прогрессивные литейные технологии» (г. Москва, 2007 г.); VII международном научно-техническом симпозиуме «Наследственность в литейных процессах» (г. Самара, 2008г.); VII научно-технической конференции «Молодежь в науке» (г. Саров, 2008г.); XV Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (г. Кемерово, 2009г.); II научно-практической конференции «Заготовительные производства предприятий Волго-Вятского региона» (г. Нижний Новгород, 2010г.); VI международной научно-практической конференции «Прогрессивные литейные технологии» (г. Москва, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 19 научных работ в журналах и сборниках трудов российских и международных научно-технических конференций и симпозиумов, в том числе 8 в изданиях из перечня ведущих научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ; получено положительное решении о выдаче патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов и приложений. Диссертация изложена на

5

180 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков, 40 таблиц, а также список литературы из 153 наименований.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Комбинированные способы обработки шихтовых металлов в твердом, жидком и кристаллизующемся состояниях.

2. Технологии получения мелкокристаллических лигатур систем Al-Si, Al-Cu, Al-Fe.

3. Влияние мелкокристаллических лигатур на структуру и свойства сплавов конструкционного (силумины - АК5М, АК12М2, АК21М2,5Н2,5) и функционального (припои - А34, Al-10,5%Si) назначения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и задачи исследований, показаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проведен обзор литературы, посвященный явлению структурной наследственности (ЯСН) в сплавах.

В настоящее время разработаны основные закономерности ЯСН и классификация специальных способов обработки шихтовых металлов по их агрегатному состоянию (Никитин В.И.); доказана возможность целенаправленного модифицирования силуминов с помощью мелкокристаллических модификаторов (Никитин К.В.). В работах Гаврилина И.В., Кечина В.А., Колтышева В.И. обоснованы низкотемпературные режимы получения силуминов с использованием пылевидных отходов кремния. Исследуется влияние термовременной (Попель П.С., Бродова И.Г., Чикова O.A., Деев В.Б. и др.), акустической (Зарембо В.И. и др), различных видов электромагнитных (Крымский В.В., Ри Хосен и др.) обработок расплавов. В большинстве работ исследуется влияние отдельных способов обработки шихтовых металлов на структуру металлических модификаторов или непосредственно на структуру и свойства рабочих сплавов. Влияние структуры легирующих лигатур, полученных специальными способами обработки, на структуру и свойства алюминиевых сплавов исследовано не достаточно.

В связи с этим актуальной задачей является управление структурой легирующих лигатур, применяемых для приготовления алюминиевых сплавов различного назначения с использованием основных закономерностей ЯСН.

На основании литературного обзора в диссертационной работе сформулированы цель и основные задачи исследования.

Во второй главе представлена общая структура исследований, основанная на использовании закономерностей ЯСН в системе «твердое-жидкое-твердое».

Объектами исследования являлись лигатуры систем Al-Si, Al-Fe и Al-Cu, а также сплавы конструкционного (силумины - АК5М, АК12М2, АК21М2,5Н2,5) и функционального (припои - А34, Al-10,5%Si) назначения, получаемые с использованием перечисленных лигатур. В качестве основных шихтовых материалов использовали первичные металлы (алюминий - А7 и А995, кремний - КрО, медь - МООк), отходы электротехнического производства (Al, Cu, стальная проволока). Для моделирования различных условий охлаждения расплавы заливали в изложницы, кокили, водоохлаждаемый и валковый кристаллизаторы. Получали шихтовые заготовки в виде чушки, прутка, слитка, ленты.

Измерение плотности расплавов в диапазоне температур 700-1100°С проводили по усовершенствованному экспресс-методу Д.П. Ловцова и A.A. Абрамова, который основан на изменении объема и сохранении массы расплава в процессе кристаллизации. Процессы затвердевания сплавов изучали на цилиндрических слитках с помощью специально разработанной установки для литья вакуумным всасыванием (способ Б.М. Ксенофонтова). Структурно-чувствительные свойства расплавов при перегреве до 1100°С определяли по методу Швидковского (вязкость) и лежащей капли (угол смачивания, поверхностное натяжение) в лабораториях УрФУ (г. Екатеринбург).

Анализ микроструктуры сплавов с высоким разрешением осуществлялся на растровом электронном микроскопе (РЭМ) модели JSM-6390A. Количественный анализ микроструктуры выполняли на промышленном программно-аппаратном комплексе анализа изображений «SIAMS 700». Для качественной оценки структуры сплавов использовали вихретоковый структу-роскоп ВС-ЗОН (неразрушающий метод контроля). Механические испытания (предел прочности, относительное удлинение) осуществляли по ГОСТ 149784 в литом состоянии на разрывной машине Testometric модели FS 150 kN АХ.

Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась с использованием методов статистического анализа в программе Microsoft Excel 2007.

В третьей главе приведены результаты исследования по влиянию специальных способов обработки шихтовых металлов и расплавов на структуру и свойства лигатур A1SÜ2 и A1SÍ20. В экспериментах по влиянию вида шихтового кремния на структуру и свойства лигатуры A1SÍ20 использовали кусковой кремний размерами 4-5мм и порошковый - от 5 до ЗОмкм (дисперс-

7

ность порошка Si -0,33-0,6 мкм"1). Различный фракционный состав получали рассевом на комплекте сит с размером ячейки от 5 до ЗОмкм и от 3,5 до 5,5мм.

В качестве основы для приготовления лигатуры A1SÍ20 использовали литые отходы сплава АК9ч. Данный сплав имеет широкий интервал кристаллизации (ДТ=25 ОС), что позволяет удерживать его в твердо-жидком состоянии внутри температурного интервала Тсол-Тликв. Кремний вводили в твердо-жидкий сплав при температуре 560-570°С. После этого сплав выдерживали в течение 20-30 мин с периодическим перемешиванием. Далее температуру сплава поднимали до Тлитья=760°С, переводя его в жидкое состояние, и осуществляли заливку в водоохлаждаемый кристаллизатор. В микроструктуре лигатуры, полученной с использованием кускового кремния, средний размер кристаллов Sin составил 140 мкм. Применение порошкового кремния способствовало формированию в структуре лигатуры кристаллов Si„ размером 45 мкм компактной морфологии (рис. 1). Измельчение структурных составляющих в 3 раза обусловило повышение электропроводности ус 13,4 до 15,5 МСм/м, предела прочности на 5-10% и, особенно, относительного удлинения 5 (на кусковом Si - 1,6%; на порошковом Si - 5,6%).

Процесс сплавообразования при использовании кускового (R,) и порошкового (ru) Si можно представить в виде схемы (рис. 2). На этапе т, затрачивается время на прогрев частицы Si, определяемое по формуле:

Ti = D2/(2a) (1)

где D - диаметр частицы (м); коэффициент температуропровод-

ности (м2/с); X, С, р - теплопроводность, теплоемкость и плотность алюминиевого расплава при 670-680°С (справочные данные). Прогрев частиц кремния размерами 0,02 мм и 5 мм происходит практически мгновенно (за доли секунды). Временной фактор приобретает значимые величины при размерах шихтового кремния 50 и 100 мм (20-80 с). Таким образом, при размерах частиц шихтового кремния Ri»r„ время прогрева на этапе т, будет определять все последующие процессы растворения частицы Si в расплаве алюминия.

Растворение кремния включает несколько основных этапов: нагрев частиц Si до эвтектической температуры (тО; ослабление связей между одноименными атомами Si-Si и диспергирование макрочастицы кремния в зоне контакта с алюминиевым расплавом по границам макро- и микродефектов структуры (т2, т3); диффузионно-кинетическое растворение отделившихся микрочастиц в расплаве алюминия и формирование коллоидной системы Al-Si (т4). Чем мельче размер частиц шихтового кремния, тем быстрее происхо-

дит их прогрев, инициируются этапы диспергирования и диффузионно-кинетического растворения.

а - применение кускового кремния; б - применение порошкового кремния Рисунок 1 - Микроструктура лигатуры А18120 (хЮО)

т, т2 т3 т4

Т] - Т4 - этапы сплавообразовапия Рисунок 2 - Схема сплавообразования силумина при использовании кускового (I) и порошкового (II) шихтового кремния (R|»rn) По данным Чиковой O.A., время существования включения Si размером 1 см с исходным составом в расплаве AI при 700°С составляет ~102 с. А продолжительность ее эволюции в дисперсную фазу с выравниванием концентрации по объему может достигать ~103 с. Таким образом, чем меньше размер частицы шихтового Si, тем быстрее они эволюционируют до коллоидных, а затем и до кластерных масштабов. Лигатура AlSi20, полученная из расплава с применением порошкового кремния, характеризуется более однородными размерно-морфологическими параметрами структуры. Влияние размера частиц шихтового кремния на структуру и свойства лигатуры AlSi20 исследовано впервые.

Исследовали влияние жидкофазных способов (модифицирование, акустическая и температурно-временная обработки) на структуру и свой-

9

ства лигатур A1SÍ12 и A1SÍ20. Лигатурные расплавы готовили с использованием шихтового кремния фракций 1-3 мм и отходов электротехнического алюминия. Кристаллизацию расплавов осуществляли с г>охл~60°С/с, получая слитки 030 мм, длиной 180 мм.

Модифицирование расплавов A1SÍ20 производили добавками мелкокристаллического переплава (МКП) такого же состава и литыми отходами припойного сплава СТЕМЕТ-1101 (Cu-8,8%Ni-7,0%P-3,0%Sn) в количестве 0,2-0,4% по массе. Для получения МКП часть лигатурного расплава заливали в валковый кристаллизатор и получали ленту толщиной 2-2,5 мм с и(Ш1~103 °С/с. МКП вводили в расплав при Тл за 2 мин до заливки. СТЕМЕТ-1101 (предприятие «МИФИ-АМЕТО», г. Москва) получают в виде ленты толщиной 0,06 мм и шириной 20 мм кристаллизацией с v0XJI ~105-106 °С/с. Химический состав сплава включает элементы-модификаторы кремния (Р и Sn). Медь и никель также могут измельчать фазовые составляющие силуминов в качестве микролегирующих добавок. В связи с вышеуказанными особенностями получения припоя СТЕМЕТ 1101 его отходы можно классифицировать как аморфно-кристаллический модификатор (АКМ) для заэвтектических силуминов. Отходы припоя вводили в расплав за 0,5-1,0 мин до заливки. Температура модифицирования и заливки в обоих случаях составляла 740-750°С. Преобладающие размеры кристаллов Sin в ^модифицированной лигатуре находились в интервале 90-170 мкм; при модифицировании добавками МКП - 30-50мкм; при модифицировании добавками АКМ - 16-30 мкм. Электропроводность у лигатуры при модифицировании добавками МКП увеличилась на 4,8%; добавками АКМ - на 3,5%.

Акустическую обработку (АО) лигатурных расплавов A1SÍ12 и A1SÍ20 осуществляли с помощью генератора «Сонар» (разработчик В.И. Зарембо, СПбГТУ, г.Санкт-Петербург), преобразующего электромагнитные волны, излучаемые антенной, в акустические волны ультразвуковой частоты. Расплавы обрабатывали акустическими волнами с частотой 500,1000 и 2000 кГц.

Общее время приготовления расплавов при использовании АО сократилось, в среднем, на 22% за счет интенсификации процессов растворения кремния. В лигатуре A1SÍ12 наибольшее измельчение Si3 и прирост механических свойств установлен при обработке расплава с частотой 500 кГц: Si, уменьшился на 36%; предел прочности увеличился на 13% (до 135 МПа; после 152 МПа), пластичность - на 17% (до 4,6%; после 5,4%). При обработке расплава A1SÍ20 с частотой 1000 кГц размер кристаллов Si„ в лигатуре уменьшился на 46%; предел прочности лигатуры увеличился на 9% (до 115 МПа; после 126МПа), пластичность - на 65% (до 2,6%; после 4,3%). Электропроводность лигатур увеличилась, в среднем, на 19%. Таким образом,

10

акустическая волна определенной частоты, проходящая через упругую среду (расплав), оказывает диспергирующее воздействие на элементы структуры микрогетерогенного расплава (ЭСР), унаследованные от исходных шихтовых материалов. Диспергирование коллоидных (на основе кремния) и кластерных (на основе алюминия) ЭСР в алюминиево-кремниевых расплавах, вероятно, связано с возникновением резонансных явлений между упругой волной и тепловыми колебаниями частиц, образующих ЭСР. После акустической обработки дисперсные элементы структуры расплава в процессе кристаллизации эволюционируют в зародышевые фазы, в результате чего формируется мелкодисперсная кристаллическая структура лигатуры.

Темиературно-временную обработку (ТВО) лигатурных расплавов A1SÍ12 и A1SÍ20 осуществляли при Тпср=1050 °С, варьируя выдержкой 5, 10 и 20 мин. Тигель с расплавом охлаждали на воздухе с и~10 °С/с до температуры литья (для A1SÍ12 - 680°С, для A1SÍ20 - 750°С). Заливку осуществляли в графитовую форму в песчаной засыпке (иохл~0,1 °С/с) и в водоохлаждаемый кристаллизатор (иохл~60 °С/с). Исходные шихтовые заготовки для обоих сплавов характеризовались грубой немодифицированной структурой. Переплав шихтовых заготовок и повторная кристаллизация расплавов с 1>охл~60°С/с незначительно уменьшили размер структурных составляющих (эвтектического и первичного Si). Переплав и ТВО расплава привели к тому, что в структуре лигатуры A1SÍ12 появились участки, характерные для доэв-тектического сплава. С увеличением времени выдержки расплава при Тпср количество подобных участков в лигатуре увеличивается, что говорит о смещении точки эвтектики в заэвтектическую область относительно равновесной диаграммы состояния. В лигатуре A1SÍ12 эвтектический кремний с увеличением выдержки расплава при Тпср принимает мелкоигольчатую форму с уменьшением толщины игл на -40%. В лигатуре A1SÍ20 кристаллы Sin уменьшились в ~5 раз по сравнению с исходной шихтовой заготовкой. Измельчение структурных составляющих способствует увеличению электропроводности лигатур. Максимальными значениями у характеризуются лигатуры, прошедшие ТВО с выдержкой при температуре перегрева в течение 20 мин. В среднем, электропроводность повысилась на 19%.

ТВО лигатурных расплавов приводит к разрушению унаследованных от исходной шихты микронеоднородностей в виде элементов структуры расплава (ЭСР) коллоидной и кластерной природы, что при кристаллизации наследуется структурой лигатур. ТВО расплавов обеспечивает получение модифицированной и однородной структуры лигатур Al-Si эвтектического и за-эвтектического составов.

Кристаллизационную обработку лигатурных расплавов A1SÍ20 осуществляли с иохл ~ 5 (чушка толщиной 100мм); 60 (слиток 030мм) и 103 (лента толщиной 2,5мм) °С/с. С повышением иохл расплава измельчается микроструктура, возрастают значения электропроводности и плотности лигатуры: Sin~266 мкм, у~11,6 МСм/м, р~2,58 г/см3 (и(ил ~ 5°С/с); Sin~57 мкм, у~15,4 МСм/м, р~2,68г/см3 (иохл ~ 103 °С/с). Наследственное влияние структуры сохраняется после однократного переплава лигатуры и кристаллизацией с иохл ~30°С/с. После переплава чушковой лигатуры средний размер Sin незначительно уменьшился с 266 до 200 мкм, а после переплава валковой лигатуры размер Sin увеличился с 57 до 82 мкм. Однако, даже в этом случае размеры Si„ в переплаве валковой лигатуры были в 2,5 раз меньше, чем в переплаве чушковой лигатуры. Таким образом, лигатуры с крупной и мелкой структурой обладают вполне определенной наследственностью. Для нивелирования отрицательной структурой крупнокристаллические лигатуры необходимо вводить с основными шихтовыми материалами, чтобы дать больше времени на растворение и диспергирование крупных кристаллов Sin. Для сохранения положительного влияния мелкокристаллические лигатуры целесообразно вводить в рабочий сплав как можно ближе к моменту начала разливки.

Таким образом, анализ полученных результатов показал эффективность исследованных специальных способов обработки шихтовых металлов.

В четвертой главе приведены результаты исследования по влиянию комбинированных способов обработки шихтовых металлов на структуру и свойства лигатур на основе алюминия.

Сравнительный анализ специально обработанных лигатур A1SÍ20 показал, что имеется корреляция между значениями электропроводности и размерами кристаллов: Sin - чем меньше размер Si„, тем выше значения у. При содержании кремния в лигатуре 19-20% значения у изменяются от 11,6 до 15,7 МСм/м. Такое изменение обусловлено размерно-морфологическими параметрами структуры (Sin 30-270 мкм). Следовательно, по значениям электропроводности можно косвенно судить о размерах и морфологии кристаллов Sin. На основе большого массива экспериментальных данных построена номограмма, связывающая значения электропроводности с размерами кристаллов Sin (рис. 3, а). Для оценки эффективности влияния каждого из способов обработки лигатуры ввели коэффициент эффективности (Кэф):

КЭф = D(Sin)/y, (3)

где D(Sin)- размер кристаллов Si„; у- электропроводность. Чем меньше Кэф, тем эффективнее способ обработки (рис. 3, б).

300 250 200 150 100 50

} кп 1» D(Si,|=-44ft 739,78

ч. С

МБ , • к.

О

11

12 13 14

электропроводность, МСм/м

I) (Sin), мкм

а- номограмма для определения размера Si„ по значениям электропроводности: КП-крупнокристаллическая пластинчатая; С- смешанная; МБ- мелкокристаллическая блочная; б- критерий эффективности способа

Рисунок 3 - Определение эффективности способов обработки Согласно установленной корреляции эффективными способами обработки (область I, рис. 3, б) являются: применение порошкового Si (Кэф=2,9); модифицирование добавками МКП и АКМ (Кэф=3); кристаллизационная обработка с ъох„ ~ 103 °С/с (Кэф= 3,7); акустическая обработка (Кэф=4) и ТВО (Кэф=4,9). Средние значения Кэф (область II,) были получены при использовании кускового Si фракций 4-5мм и кристаллизации с г)охл -60 °С/с (Кэф~10,0). Наименее эффективными являются способы получения лигатуры по традиционным технологиям (область III) с использованием крупно-кускового шихтового Si, длительными выдержками расплава при 800-900°С и кристаллизацией с г)охл<5°С/с (Кэф~15,7 - 22,9).

Используя установленную закономерность, исследовали влияние комбинированной обработки на структуру и свойства лигатуры AlSi20. Применяли два варианта состава шихты: I - 80% электротехнических отходов AI; 20% кускового Si фракций 10-15 мм; II - 80% электротехнических отходов AI; 15% кускового и 5% порошкового Si фракций 5мм и 30 мкм, соответственно. Кремний по варианту I вводили в расплав алюминия при 800-850°С, заливку расплава осуществляли в изложницу с иохл <5 С/с (традиционная технология, способ 1). По варианту II кремний вводили при ~570 °С сначала фракцией 5 мм, затем 30 мкм; в одном случае расплавы без дополнительной обработки кристаллизовали с -60 °С/с (способ 2). В других случаях осуществляли ТВО расплавов (Тпср~1050°С, выдержка 10 мин, охлаждение до Тл„тья с и~10°С/с) и производили кристаллизацию с иохл ~60 °С/с (способ 3) и с

«охл ~103 °С/с (способ 4). Таким образом, по способам 2-4 осуществляли воздействие на всех этапах системы «твердое-жидкое-твердое».

Лигатуры, полученные по традиционной технологии, характеризовались крупными структурными составляющими (Sin~196 мкм) и высокой степенью структурной неоднородности. Среднее значение у составляло 11,7 МСм/м. Использование в качестве шихты кремния фракций 5 мм и 30 мкм и приготовление расплава по низкотемпературным режимам способствовало измельчению кристаллов Sin~72 мкм и увеличению у до 15,4 МСм/м (способ 2). Температурно-времениая обработка расплава по способу 3 способствовала дальнейшему измельчению Si„~53 мкм (у~15,1 МСм/м). Сочетание ТВО и высокоскоростной кристаллизации расплава (способ 4) способствовало максимальному измельчению Sin~25 мкм (у-15,8 МСм/м). Измельчение структурных составляющих способствовало увеличению механических свойств лигатуры A1SÍ20. Обработка по способу 2 способствовало увеличению ов на 7,5%, а пластичности - практически в 5 раз по сравнению с исходным сплавом. Наиболее сильно на механические свойства повлияла обработка расплава по способу 3: ов увеличился на 11%, пластичность - в 6,5 раза по сравнению с исходной лигатурой.

Разработана комплексная низкотемпературная технология получения мелкокристаллической лигатуры A1SÍ20, включающая приготовление расплава при 570-660°С с использованием в определенном соотношении Si двух фракций 5 мм и 30 мкм; ТВО части расплава (5-7%) с последующей кристаллизацией при иохл ~103 °С/с (получение МКП); введение МКП в основной расплав при 760-770 °С и заливку расплава в форму с обеспечением скорости охлаждения -60 °С/с. Микроструктура лигатуры A1SÍ20, полученной по разработанной технологии приведена на рис. 4. Средний размер кристаллов эвтектического Si составил -0,2-0,7 мкм, первичного кремния -15-25 мкм.

а- кристаллы блочной морфологии; б- кристаллы компактной

морфологии

Рисунок 4 - Микроструктура опытной лигатуры А18120

Далее исследовали влияние способов получения на структуру и свойства лигатур AlCu и AlFe с использованием электротехнических отходов алюминия, меди и стальной проволоки. Оценивали влияние данных лигатур и деформированных отходов сплава АМц на свойства литейных сплавов систем Al-Cu и Al-Si.

Отходы алюминия и меди использовали для приготовления двойных лигатур с содержанием меди 30,0; 33,2; 35,0; 40,0; 50,0%. Лигатуры получали двумя способами: прессованием и сплавлением. На основе лигатур готовили бинарные сплавы А1-5%Си. При использовании прессованных лигатур увеличивалось время их растворения в алюминиевом расплаве, и отмечалась повышенная неоднородность по химическому составу (концентрация Си в сплавах варьировалась от 4,5 до 5,7 %). Данные тенденции усиливались с применением более богатых прессованных лигатур. В микроструктуре сплавов средний размер дендритов алюминия (aAi) составлял 80 - 86 мкм. Применение плавленых лигатур позволило сократить в среднем время плавки на 12 - 17% и уменьшить размер aAi (32 - 36 мкм). Химический состав сплавов, полученных на плавленых лигатурах, наиболее близок к расчетному.

Исследовали влияние состава шихты на структуру и свойства сплава А1-5%Си в литом состоянии. В качестве базового варианта готовили сплав с использованием 100% первичных металлов (алюминий чушковый марки А95, медь катодная марки МООк). Получали шихтовые заготовки сплавов в виде слитков диаметром 30 мм, длиной - 180 мм.

Шихтовые заготовки, полученные по вариантам 1 и 2 (табл. 1), раздельно расплавляли и в одинаковых условиях определяли значения плотности расплавов по разработанной методике в интервале температур 760-1060°С. Расплав, приготовленный по варианту 2 (5% отходов электротехнической меди), имел пониженные на 1,0-1,5% значения плотности по сравнению с расплавом из 100% первичных шихтовых металлов (вариант 1) во всем исследуемом диапазоне температур. Отходы меди в виде проволочной сечки относятся к деформированным шихтовым материалам (Д-шихта) и имеют мелкокристаллическую структуру.

Эксперименты по определению плотности расплавов Al-Cu с использованием экспресс-метода подтвердили ранее установленные закономерности: расплавы из мелкокристаллической шихты имеют на 1,2-1,5% пониженные значения плотности по сравнению с расплавами из крупнокристаллической шихты (Никитин В.И.).

Таблица 1 - Состав шихты и свойства шихтовых заготовок сплава А1-5%Си в твердом состоянии

№ п/п Вид шихтовых материалов* Плотность, г/см3 Электропроводность, МСм/м Dcpa-А1, мкм

А1 Си А1СиЗЗ,2

1 чушка катод - 2,68 23,2 50

2 чушка сечка - 2,82 23,5 42

3 проволока - пластина 10 мм 2,75 23,1 43

4 проволока сечка - 2,86 24,2 31

— «г ---- — --- - ^ - ^Il^/VVVVlJUllIlVLll

сечки алюминия и стальной проволоки промежуточной заготовки Al-10%Fe из сечки металлов; II - растворение промежуточной заготовки в алюминиевом расплаве до концентрации 5% Fe; III - кристаллизация расплава и получение лигатуры AlFe5. Варьировали размером стальной сечки в промежуточной заготовке (1 и 3 мм), способом обработки расплава и скоростью охлаждения: ЛК - кристаллизация в кокиле (i)OXJI=10 °С/с); ВК - в валковом кристаллизаторе (1)охл=103 °С/с); КО - комбинированная обработка (дополнительная обработка расплава акустическими волнами 500 кГц + кристаллизация в кокиле). Во всех случаях более крупными размерами интерметаллидов FeAI3 характеризовались лигатуры, полученные с использованием стальной сечки размером 3 мм. Получению наиболее дисперсной структуры способствовала комбинированная обработка лигатурного расплава (FeAl3~ 5мкм).

В пятой главе приведены результаты исследования по влиянию состава шихты и мелкокристаллических лигатур на свойства сплавов АК5М, АК12М2 и АК21М2,5Н2,5 (ГОСТ 1583). Заливку дегазированных и рафинированных расплавов осуществляли в водоохлаждаемый кристаллизатор, получая опытные отливки диаметром 30 мм и длиной 180 мм.

Состав шихты сплава АК12М2: электротехнические отходы алюминия (шины); плавленые лигатуры А1СиЗЗ,2 и AlFe5, полученные из 100% электротехнических отходов; мелкокристаллическая лигатура AlSi20, полученная по разработанной технологии.

Состав шихты сплава АК21М2,5Н2,5: электротехнические отходы алюминия, плавленые мелкокристаллические лигатуры А1СиЗЗ,2 и AlSi25, лигатура AlNi70 в виде брикетированной смеси порошков. Модифицирование расплава осуществляли добавками АКМ (литые отходы СТЕМЕТ-1101) в количестве 0,4% по массе за 2 мин до заливки. Для приготовления сплава по традиционной технологии использовали отходы электротехнических алюминия и меди в виде шин силовых кабелей, чушковые лигатуры AlSi25 и AlNi5.

Модифицирование расплава производили чушковой лигатурой СиР9,8 в количестве 2,5% по массе за 15 мин до заливки.

Сплав АК5М готовили с использованием в составе шихты деформированных отходов сплава АМц в виде ленты толщиной 3 мм. На первом этапе оценивали влияние концентрации основных легирующих компонентов и Си), а также примеси Мп на свойства сплава. Лучшими параметрами структуры и литейными свойствами обладал сплав состава А1+5%81+1 %Си+0,5%Мп. Далее готовили сплав по 2-м вариантам шихты: 1 -деформированные отходы АМц, А1 и Си (I Д-шихта - 74,7%), мелкокристаллическая лигатура А18120 (-25,3%), чушковый Мв (-0,6%); 2 - первичные чушковые А1, Mg, лигатура А1Мп10, катодная Си (I Ч-шихта -74,7%); мелкокристаллическая лигатура А18120 (-25,3%). Расплавы после рафинирования и дегазации заливали в кокиль, получая опытные отливки в виде пластины толщиной 15 мм. Сплав, полученный из Д-шихты (вариант 1) имел повышенные литейные свойства.

Обобщенные результаты по влиянию комбинированной обработки на структуру и свойства силуминов представлены в табл. 2.

Таблица 2 - Влияние варианта технологии на структуру и свойства силуминов _______

Сплав Вариант технологии Dtn, мкм св, МПа 5,%

АК5М традиционная 24 (а-А1) 190 2,0

комбинированная 17 (а-А1) 220 3,5

АК12М2 традиционная 25 (Si,) 186 1,5

комбинированная 18 (Si,) 220 2,8

АК21М2,5Н2,5 традиционная 75 (Sin) 146 0,3

комбинированная 27 (Sin) 220 3,0

В шестой главе приведены результаты исследования по влиянию мелкокристаллических лигатур на структуру и свойства припоев Al-10,5%Si и А34 (Al-28%Cu-6%Si).

Из сплава Al-10,5%Si заливкой в валковый водоохлаждаемый кристаллизатор получали литую заготовку в виде ленты толщиной до 2 мм и шириной до 180 мм. Лента была предназначена для последующей прокатки до фольги толщиной 0,05мм (50 мкм), используемой далее в качестве припоя в электронной и электротехнической отраслях промышленности. К припоям такого назначения предъявляют высокие требования по электропроводности, которая зависит от суммарного содержания примесных элементов и размеров выделений кремниевой фазы. В качестве шихты использовали А1 марки А99 и кремний монокристаллический КПС-3. Для обеспечения равномерной тол-

щины литой ленты по длине была разработана заливочная воронка, для регулирования толщины потока расплава. Сплав готовили на основе мелкокристаллической лигатуры A1SÍ20. Небольшую часть рабочего расплава кристаллизовали с i)OXJ1=103 °С/с и получали МКП. Модифицирование добавками МКП осуществляли в разливочном ковше непосредственно перед подачей расплава в заливочную воронку. Оптимальная температура заливки рабочего расплава - 600 °С, величина дозирующей щели 0,8-1,2 мм. Микроструктура литой ленты характеризовалась однородностью по всему сечению, выделения эвтектического кремния имели преимущественно глобулярную морфологию. Средний размер дендритов а-А1 составил 20 мкм. Литая лента без предварительного нагрева была подвергнута ступенчатой прокатке до 50 мкм на базе научно-производственного предприятия «ТУМЕЛОМ» (г. Москва). Микроструктуру опытной фольги сравнивали с промышленными образцами фольги Al-I l%Si производства фирмы «Siemens», получаемой многоступенчатой горячей прокаткой литой заготовки толщиной -40 мм. Анализ микроструктуры фольг показал, что средний размер выделений Si в фольге фирмы «Siemens» составляет ~6 мкм, а в опытной фольге из литой ленты ~2 мкм.

Исследовали влияние специальных способов обработки расплава на свойства припоя А34 (Al-28%Cu-6%Si). Сплав такого состава склонен к образованию в микроструктуре укрупненных кристаллов Sin, которые снижают технологические свойства припоя (смачивание, заполнение тонких сечений) и качество паяного соединения (прочность, коррозионостойкость шва и т.д.). Припой А34 используется для пайки различных теплообменников из алюминиевых сплавов. Составы шихт: 1- алюминий первичный А5, кремний КрО, отходы электротехнической меди (Д-шихта~27-28%); 2- электротехнические отходы алюминия и меди (Д-шихта~94%), кремний КрО. При использовании в составе шихты 94% Д-отходов (состав 2) в структуре сплава формировались кристаллы Sin размерами 20 мкм. В сплаве, приготовленном из состава 1, размеры Sin - 36 мкм. Далее исследовали влияние ТВО и модифицирования на структуру и свойства литого припоя, получаемого из шихты 2. Температуру перегрева для ТВО рабочего расплава определяли по аномалиям на политермах структурно-чувствительных свойств (плотность, вязкость и угол смачивания в диапазоне температур 600-1100°С). Образцы припоев получали по 2 вариантам (табл. 3). Мелкокристаллический переплав (МКП) получали из расплава, не прошедшего ТВО, заливкой в валковый кристаллизатор. Модифицирование добавками МКП осуществляли при Тл за 2 мин до заливки расплава в кокиль. Получали прутки диаметром 4 мм и длиной 150 мм.

Таблица 3 - Влияние технологии изготовления на структуру и свойства припойного сплава А34

Варианты обработки Параметры обработки расплавов D а-А1, мкм DSi„, мкм Объемная доля Si, %

1 Тп = Тл = 600°С 327 20 5,5

2 Тп= юоо°с, Тл = 600"С, МКП (5%) 300 14 6,9

По разработанной технологии изготовлены опытные партии чипс-лигатур (1500 кг) и литых припоев в виде прутков (900 кг). Данные материалы прошли успешные опытно-промышленные испытания на ЗАО ПФ «Плавка и пайка» (г. Москва). Получено официальное одобрение качества продукции и 2 акта внедрения. Экономический эффект от внедрения в условиях заказчика составил 76-83 руб. на 1 кг продукции.

Общие выводы

1. Установлена роль лигатур в изменении структуры и свойств алюминиевых сплавов. Показано, что управление структурой лигатур можно осуществлять твердофазной, жидкофазной и кристаллизационной обработкой шихтовых металлов.

2. Установлено влияние дисперсности шихтового кремния на структуру и свойства лигатуры AISÍ20. Растворение кремния проходит в несколько основных этапов: нагрев частиц Si до эвтектической температуры; диспергирование кремния в зоне контакта с алюминиевым расплавом по границам дефектов структуры; диффузионно-кинетическое растворение отделившихся частиц в расплаве алюминия. При использовании шихтового кремния в виде частиц дисперсностью (мкм"1) 0,33<Д< 0,6 в структуре лигатуры A1SÍ20 формируются кристаллы Sin размерами 45 - 50 мкм компактной морфологии.

3. Показано, что модифицирование расплава добавками МКП и АКМ способствует уменьшению размеров Si„ в лигатуре A1SÍ20 в 2,5-5 раз; акустическая обработка (500 кГц) лигатурного расплава A1SÜ2 уменьшает размеры Si3 на 36%, обработка (1000 кГц) расплава A1SÍ20 уменьшает размер Sin на 46%; ТВО лигатурных расплавов A1SÍ12 и A1SÍ20 способствует измельчению Si-, и Sin на 40% и в 5 раз, соответственно; кристаллизация лигатурного расплава A1SÍ20 с г)охл=103 °С/с способствует измельчению Si„ до 57 мкм (в 4,5 раза).

4. Установлена зависимость электропроводности от размеров кристаллов Sin в лигатуре A1SÍ20. Разработана номограмма для определения размеров кристаллов Sin по значениям электропроводности без металлографических исследований. Предложен безразмерный критерий Кэф для оценки эф-

фективности способа обработки шихтовых металлов. Эффективными способами являются: применение порошкового шихтового Si (Кэф=2,9), модифицирование добавками МКП и АКМ (Кэф=3), кристаллизационная обработка и0хл ~ 10 С/с (Кэф= 3,7); неэффективными являются способы получения лигатуры по традиционным технологиям (Кэф~15,7 - 22,9).

5. Разработаны комплексные технологии получения мелкокристаллической лигатуры A1SÍ20 с размерами кристаллов Si, -0,2-0,7 мкм, Si„ -1525 мкм и лигатур AICu и AlFe5 полученных с использованием рециклируе-мых электротехнических отходов Al, Cu и стальной проволоки в сочетании со специальными способами обработки.

6. Применение мелкокристаллических лигатур обеспечивает для сплава АК12М2 повышение ов на 10%, 6 в 2,8 раза по сравнению с минимально допустимыми значениями по ГОСТ 1583; для сплава АК21М2,5Н2,5 а" повысился на 50%, б - в 6,5 раз по сравнению с традиционной технологией; использование в составе шихты Д-отходов сплава АМц и мелкокристаллических лигатур обеспечивает повышение ов сплава АК5М на 15% и 8 на 75%.

7. Разработана технология получения литой ленты из сплава А1-10,5%Si для последующего изготовления припоя в виде фольги. Применение специальной обработки расплава и высоких скоростей охлаждения (иохл~103 С/с) позволяют получать мелкокристаллические литые заготовки малого сечения толщиной до 2,5 мм, что обеспечивает формирование дисперсных кристаллов Si (-2 мкм) в фольговом припое. Внедрены в производственный процесс ЦЛТ СамГТУ технологии получения мелкокристаллической чипс-лигатуры и пруткового припоя марки А34.

8. Изготовлено и поставлено заказчику 2400 кг мелкокристаллических припоев марки А34 и получено 2 акта внедрения. Экономический эффект от внедрения в условиях заказчика составил 76-83 руб. на 1 кг продукции.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Никитин, К.В. Влияние параметров обработки расплава на структуру и свойства литого алюминиевого припоя системы Al-Cu-Si [Текст]/ К.В. Никитин, И.Ю. Тимошкин // Литейщик России. - 2009. - №6,- С. 19-21.

2. Никитин, К.В. Наследственное влияние модифицирования на затвердевание силуминов с помощью метода вакуумного всасывания [Текст]/ К.В. Никитин, И.Ю. Тимошкин, A.B. Волостнов // Литейщик России. - 2009.-№7,- С. 29-32.

3. Никитин, K.B. Влияние параметров плавки на процессы затвердевания, структуру и свойства заэвтектического силумина [Текст] / К.В. Никитин, И.Ю. Тимошкин, П.И. Панышев // Литейщик России. - 2009.- №12.- С. 20-23.

4. Никитин, К.В. Исследование наследственного влияния структуры лигатур Al-Si на свойства бинарных силуминов [Текст] / К.В. Никитин, И.Ю. Тимошкин, P.C. Шайхутдинов // Литейщик России. - 2009,- №12,- С. 23-27.

5. Никитин, К.В. Об использовании железосодержащих отходов для получения алюминиевых лигатур и сплавов [Текст] / К.В. Никитин, В.И. Никитин, И.Ю. Тимошкин, П.И. Понаморенко // Металлургия машиностроения. -2010.- №2,- С. 16-20.

6. Тимошкин, И.Ю. Основные проблемы и направления в производстве качественных алюминиевых сплавов из рециклируемых металлических отходов [Текст] / И.Ю. Тимошкин, К.В. Никитин, В.И. Никитин // Литейщик России. - 2010,- №8,- С. 24-26.

7. Никитин, К.В. О влиянии специальных способов обработки на свойства расплава и структуру припоя А34 [Текст] / К.В. Никитин, В.И. Никитин, И.Ю. Тимошкин [и др.] // Металлургия машиностроения. - 2011.-№4,- С. 17-21.

8. Никитин, К.В. Наследственное влияние чушковых сплавов на свойства отливок из силуминов [Текст] / К.В. Никитин, И.Ю. Тимошкин // Литейное производство. - 2011.- №7,- С. 19-22.

В других изданиях

9. Никитин, К.В. Эффективные технологии приготовления заэвтек-тических силуминов с мелкокристаллической структурой [Текст]/ К.В. Никитин, И.Ю. Тимошкин // Всероссийская научно-техническая интернет-конференция с международным участием «Высокие технологии в машиностроении» / редкол.: В.Г. Круцило [и др.]. - Самара: СамГТУ, 2008. - С. 240-245.

10. Никитин, К.В. Влияние кратности переплавок на структуру и свойства сплава Al-20%Si [Текст] / К.В. Никитин, И.Ю. Тимошкин // VII международный научно-технический симпозиум «Наследственность в литейных процессах» [посвящ. 30-летию каф. «Технология литейных процессов»] / отв. редактор проф. В.И. Никитин. - Самара: СамГТУ, 2008. - С. 208-212.

11. Никитин, К.В. Влияние аморфной лигатуры на структуру заэвтектического силумина [Текст] / К.В. Никитин, В.И. Никитин, В.Т. Федотов, О.Н. Севрюков, И.Ю. Тимошкин // VII международный научно-технический симпозиум «Наследственность в литейных процессах» [посвящ. 30-летию

каф. «Технология литейных процессов»] / отв. редактор проф. В.И. Никитин. - Самара: СамГТУ, 2008. - С. 296-299.

12. Тимошкин, И.Ю. Управление структурой и свойствами заэвтек-тических силуминов с позиции технологий генной инженерии [Текст]/ И.Ю. Тимошкин // Труды VII научно-технической конференции «Молодежь в науке». - Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2008. - С. 440-447.

13. Никитин, К.В. Влияние вида шихтового кремния на структуру и свойства заэвтектических силуминов [Текст] / К.В. Никитин, И.Ю. Тимошкин // Прогрессивные литейные технологии: Тр. 4 Междунар. Науч.-практ. Конф. - М.: ИД МЕДПРАКТИКА-М, 2007,- С. 252-255.

14. Тимошкин, И.Ю. Наследственное влияние модифицирования на процессы затвердевания, структуру и свойства сплавов системы Al-Si [Текст]/ И.Ю. Тимошкин // XV Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых: Тезисы докладов: В 1 т.Т.1 Екатеринбург-Кемерово, 2009. - С. 776-777.

15. Тимошкин, И.Ю. Влияние акустической обработки расплавов на структуру и свойства сплавов системы Al-Si [Текст]/ И.Ю. Тимошкин // Труды II научно-практической конференции «Заготовительные производства предприятий Волго-Вятского региона» / под ред. С.А. Сорокиной. - Нижний Новгород: НГТУ им. P.E. Алексеева, 2011. - С. 92-97.

16. Тимошкин, И.Ю. Применение основных закономерностей явления структурной наследственности при получении вторичных сплавов на основе алюминия [Текст] / И.Ю. Тимошкин, К.В. Никитин, Д.В. Степанов, Н.В. Дынин // Труды II научно-практической конференции «Заготовительные производства предприятий Волго-Вятского региона» / под ред. С.А. Сорокиной. - Нижний Новгород: НГТУ им. P.E. Алексеева, 2011. - С. 75-82.

17. Панышев, П.И. Получение литых прутков малого диаметра из легкоплавких сплавов с заданной температурой плавления [Текст] / П.И. Панышев, К.В. Никитин, И.Ю. Тимошкин, A.A. Гайдуков // Труды II научно-практической конференции «Заготовительные производства предприятий Волго-Вятского региона» / под ред. С.А. Сорокиной. - Нижний Новгород: НГТУ им. P.E. Алексеева, 2011. - С. 71-75.

18. Никитин, К.В. Рециклинг деформированных отходов сплава АМц в производстве алюминиевых литейных сплавов [Текст] / К.В. Никитин, В.И. Никитин, И.Ю. Тимошкин и др. // Прогрессивные литейные технологии: Тр. 6 Междунар. Науч.-практ. Конф. - М.: Лаборатория рекламы и печати, 2011,-С. 70-74.

19. Никитин К.В. Экспресс-метод для определения плотности расплавов на основе алюминия [Текст] / К.В. Никитин, П.И. Панышев, И.Ю.

22

Тимошкин, Д.П. Ловцов и др. // Прогрессивные литейные технологии: Тр. 6 Междунар. Науч.-практ. Конф. - М.: Лаборатория рекламы и печати, 2011,-С. 74-76.

20. Положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение от 13.10.2011 (заявка №2010124723 от 16.06.2010). Способ приготовления мелкокристаллической алюминиево-кремниевой лигатуры [Текст]/ Никитин В.И., Никитин К.В., Тимошкин И.Ю.

Формат 60x84/16. Тираж 100 экз. Отпечатано в типографии ООО «ПервопечатникЪ» 600005, г. Владимир, ул. Горького, 75.

ВВЕДЕНИЕ.!.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. Взаимосвязь структуры и свойств алюминиевых сплавов эвтектического типа в твердом и жидком состояниях.

1.2. Влияние специальных способов обработки шихтовых металлов на свойства алюминиевых сплавов.

1.3. Модифицирование алюминиевых сплавов с позиции явления структурной наследственности.

1.4. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Общая методика исследования.

2.2. Шихтовые материалы и основное оборудование.

2.3. Методика исследования структуры и свойств сплавов.

2.4. Методика исследования процессов затвердевания.

2.5. Физические методы исследования структуры и свойств расплавов.

2.6. Методика температурно-временной обработки расплавов (ТВОР).

2.7. Методика акустической обработки расплавов.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ШИХТОВЫХ МЕТАЛЛОВ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЛИГАТУР АШ2 и А^О.

3.1. Влияние дисперсности шихтового кремния на структуру и свойства лигатур А18120.

3.2. Влияние жидкофазных способов обработки на структуру и свойства лигатур.

3.3. Влияние кристаллизационной обработки на структуру и свойства лигатур.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННЫХ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУР НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ.

4.1. Исследование влияния комбинированной обработки на структуру и свойства лигатур A1S120.

4.2. Исследование и разработка низкотемпературной технологии получения мелкокристаллических лигатур AlSi20.

4.3. Разработка технологий получения лигатур с использованием деформированных отходов электротехнических изделий.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ МЕЛКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ

ЛИГАТУР ПРИ ПОЛУЧЕНИИ СПЛАВОВ

КОНСТРУКЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

5.1. Приготовление поршневого силумина АК21М2,5Н2,5.

5.2. Приготовление эвтектического силумина АК12М2.

5.3. Синтезирование доэвтектического силумина АК5М.

Выводы по главе 5.

ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

6.1. Исследование влияния специальных способов обработки на структуру и свойства литого и деформированного припоя Al-10,5%Si.

6.2. Разработка технологии получения пруткового припоя марки А34.

Выводы по главе 6.

Актуальность работы. В настоящее время в машино- и автомобилестроительных отраслях промышленности остро стоит вопрос об увеличении доли изделий из алюминиевых сплавов. Сплавы на основе системы Al-Si широко применяются в производстве литых изделий конструкционного и функционального назначения.

В производстве алюминиевых сплавов используются разнообразные шихтовые материалы, влияние структуры которых на структуру и свойства литых изделий практически не учитывается. Традиционные технологии получения, например, чушковых силуминов на большинстве заготовительных предприятий металлургического передела направлены, в основном, на обеспечение регламентируемого в ГОСТ1583 химического состава и чистоты сплавов по неметаллическим включениям. Однако, соблюдение только этих требований не обеспечивает получение благоприятной микроструктуры отливок и, как следствие, гарантированного уровня механических свойств.

Известно, что управление структурой и свойствами сплавов можно осуществлять, используя в шихте лигатуры с заданными структурными параметрами. Однако, в ГОСТ 53777-2010 на алюминиевые лигатуры регламентируются только их химический состав, чистота по неметаллическим включениям и внешний вид.

В связи с этим, актуальными становятся задачи по разработке комплексных технологий получения мелкокристаллических лигатур для алюминиевых сплавов, позволяющих целенаправленно формировать структуру и свойства литых изделий на всех этапах их производства. Данные задачи могут быть успешно решены за счет закладки требуемой структурной информации с помощью специальных способов обработки шихтовых материалов в системе «твердое-жидкое-твердое» .

Работа выполнена в соответствии с тематическими планами СамГТУ на проведение фундаментальных исследований Минобрнауки РФ (2008-2010 гг.), Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (конкурс «Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Металлургические технологии» в рамках мероприятия 1. 3. 2. «Проведение научных исследований целевыми аспирантами»; государственный контракт № П181 от 20.04.2010 г.).

Основная часть исследований и экспериментов выполнена на базе «Центра литейных технологий» (ЦЛТ) и центра коллективного пользования «Исследование физико-химических свойств веществ и материалов» ФГБОУ ВПО СамГТУ.

Целью работы является разработка технологий получения мелкокристаллических лигатур с использованием рециклируемых металлических отходов для производства алюминиевых сплавов конструкционного и функционального назначения.

Для достижения поставленной цели в работе решали следующие основные задачи:

1. Исследовать влияние специальных способов обработки шихтовых металлов в твердом, жидком и кристаллизующемся состояниях на структуру и свойства лигатур систем Al-Si, Al-Cu, Al-Fe.

2. Оценить степень эффективности специальных способов обработки шихтовых металлов и обосновать их комбинированное применение для получения мелкокристаллических лигатур.

3. Разработать технологические основы получения мелкокристаллических лигатур на основе алюминия. Провести испытания литейных силуминов АК5М, АК12М2, АК21М2,5Н2,5 (конструкционное назначение) и припоев А1-10,5%Si и А34 (функциональное назначение), изготовленных с использованием мелкокристаллических лигатур.

Научная новизна работы:

1. Уточнен механизм формирования кристаллов первичного кремния в структуре лигатуры марки A1SÍ20 при использовании разных способов обработки шихтовых металлов в твердом, жидком и кристаллизующемся состояниях.

2. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования в шихте порошкового кремния, обеспечивающего формирование дисперсных кристаллов Sin компактной морфологии в лигатуре марки A1SÍ20.

3. Установлена зависимость электропроводности лигатуры марки A1SÍ20 от размеров кристаллов Sin. Разработана номограмма для определения размеров кристаллов Sin по значениям электропроводности без металлографических исследований. Предложен безразмерный критерий Кэф для оценки эффективности способа обработки шихтовых металлов.

4. Доказано, что структурная информация, заложенная в лигатуры систем Al-Si, Al-Cu и Al-Fe специальными способами обработки, наследуется структурой конструкционных (АК5М, АК12М2, АК21М2,5Н2,5) и функциональных (Al-10,5%Si; А34) сплавов.

5. Установлено и теоретически обосновано положительное влияние деформированных отходов на структуру и свойства конструкционных (АК5М, АК12М2, АК21М2,5Н2,5) и функциональных (Al-10,5%Si; А34) сплавов.

Практическая ценность:

1. Предложены и обоснованы комбинированные способы обработки шихтовых металлов, обеспечивающие получение мелкокристаллического строения лигатур Al-Si, Al-Cu и Al-Fe.

2. Разработаны комплексные технологии получения мелкокристаллических лигатур A1SÍ20, чипс-лигатур и литых припоев марки А34 (А1-28%Си-6%Si). На базе ЦЛТ СамГТУ организовано малотоннажное производство чипслигатур и литых припоев марки АЗ 4. Продукция поставляется на ЗАО ПФ «Плавка и пайка» (г. Москва), получены акты внедрения.

3. Результаты исследований включены в рекомендации по совершенствованию технологии алюминиевого литья ОАО «АВТОВАЗ» (г. Тольятти) и учтены при формировании финансируемой программы сотрудничества ОАО «АВТОВАЗ» с базовыми ВУЗами (проект «Разработка мелкокристаллических модифицирующих лигатур для алюминиевых сплавов»).

4. Результаты работы используются в учебном процессе ФГБОУВПО СамГТУ по дисциплинам «Цветные металлы» и «Наследственность в литых сплавах», а также при выполнении НИР.

Личный вклад автора состоит в теоретическом обосновании поставленных целей и задач, проведении экспериментальных исследований, анализе полученных результатов и их обобщении.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих российских и международных научно-технических конференциях и симпозиумах: VII международной научно-практической конференции «Прогрессивные литейные технологии» (г. Москва, 2007 г.); VII международном научно-техническом симпозиуме «Наследственность в литейных процессах» (г. Самара, 2008г.); VII научно-технической конференции «Молодежь в науке» (г. Саров, 2008г.); XV Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (г. Кемерово, 2009г.); II научно-практической конференции «Заготовительные производства предприятий Волго-Вятского региона» (г. Нижний Новгород, 2010г.); VI международной научно-практической конференции «Прогрессивные литейные технологии» (г. Москва, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 19 научных работ в журналах и сборниках трудов российских и международных научно-технических конференций и симпозиумов, в том числе 8 в изданиях из перечня ведущих научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ; одна заявка на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов и приложений. Диссертация изложена на 180 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков, 40 таблиц, а также список литературы из 153 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Установлена роль лигатур в изменении структуры и свойств алюминиевых сплавов. Показано, что управление структурой лигатур можно осуществлять твердофазной, жидкофазной и кристаллизационной обработкой шихтовых металлов.

2. Установлено влияние дисперсности шихтового кремния на структуру и свойства лигатуры A1SÍ20. Растворение кремния проходит в несколько основных этапов: нагрев частиц Si до эвтектической температуры; диспергирование кремния в зоне контакта с алюминиевым расплавом по границам дефектов структуры; диффузионно-кинетическое растворение отделившихся частиц в расплаве алюминия. При использовании шихтового кремния в виде частиц дисперсностью (мкм"1) 0,33<Д< 0,6 в структуре лигатуры A1SÍ20 формируются кристаллы Sin размерами 45 - 50 мкм компактной морфологии.

3. Показано, что модифицирование расплава добавками МКП и АКМ способствует уменьшению размеров Sin в лигатуре A1SÍ20 в 2,5-5 раз; акустическая обработка (500 кГц) лигатурного расплава A1SÍ12 уменьшает размеры Si3 на 36%, обработка (1000 кГц) расплава A1SÍ20 уменьшает размер Sin на 46%; ТВО лигатурных расплавов A1SÍ12 и A1SÍ20 способствует измельчению Si3 и Sin на 40% и в 5 раз, соответственно; кристаллизация лигатурного расплава A1SÍ20 с 1)охл=103 °С/с способствует измельчению Sin до 57 мкм (в 4,5 раза).

4. Установлена зависимость электропроводности от размеров кристаллов Sin в лигатуре A1SÍ20. Разработана номограмма для определения размеров кристаллов Sin по значениям электропроводности без металлографических исследований. Предложен безразмерный критерий Кэф для оценки эффективности способа обработки шихтовых металлов.

Эффективными способами являются: применение порошкового шихтового

Si (Кэф=2,9), модифицирование добавками МКП и АКМ (КЭф=3),

161

3 о кристаллизационная обработка иохл ~ 10 С/с (КЭф= 3,7); неэффективными являются способы получения лигатуры по традиционным технологиям (КЭф~15,7 - 22,9).

5. Разработаны комплексные технологии получения мелкокристаллической лигатуры A1SÍ20 с размерами кристаллов Si3 -0,2-0,7 мкм, Sin -15-25 мкм и лигатур AICu и AlFe5 полученных с использованием рециклируемых электротехнических отходов Al, Cu и стальной проволоки в сочетании со специальными способами обработки.

6. Применение мелкокристаллических лигатур обеспечивает для сплава АК12М2 повышение ав на 10%, 8 в 2,8 раза по сравнению с минимально допустимыми значениями по ГОСТ 1583; для сплава АК21М2,5Н2,5 ов повысился на 50%, 8 - в 6,5 раз по сравнению с традиционной технологией; использование в составе шихты Д-отходов сплава АМц и мелкокристаллических лигатур обеспечивает повышение ов сплава АК5М на 15% и 8 на 75%.

7. Разработана технология получения литой ленты из сплава Alio, 5%SÍ для последующего изготовления припоя в виде фольги. Применение специальной обработки расплава и высоких скоростей охлаждения (и0хл~Ю °С/с) позволяют получать мелкокристаллические литые заготовки малого сечения толщиной до 2,5 мм, что обеспечивает формирование дисперсных кристаллов Si (~2 мкм) в фольговом припое. Внедрены в производственный процесс ЦЛТ СамГТУ технологии получения мелкокристаллической чипс-лигатуры и пруткового припоя марки A3 4.

8. Изготовлено и поставлено заказчику 2400 кг мелкокристаллических припоев марки А34 и получено 2 акта внедрения. Экономический эффект от внедрения в условиях заказчика составил 76-83 руб. на 1 кг продукции.

1. Никитин, В.И. Наследственность в литых сплавах текст. / В.И. Никитин, К.В. Никитин. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение-1, 2005.-476 с.

2. Мондольфо, Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов текст. / Л.Ф. Мондольфо.- М.: Металлургия, 1979,- 450 с.

3. ГОСТ 1583-2000. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия.

4. Лякишев, Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем текст.// Справочник: В Зт.: Т. 3. / Под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1996. - 992 с.

5. Дриц, М.Е. Свойства элементов текст./ Справ, изд. под ред. Дрица М.Е. М.: Металлургия, 1985.- 672 с.

6. Смитлз, К. Д. Металлы текст./ К.Д. Смитлз; Справ, изд. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1980.- 447 с.

7. Попель, П.С., Термодинамический анализ одной из причин металлургической наследственности текст. / П.С. Попель, Б.А. Баум // Изв. АН СССР. Металлы. 1986.- №5. С. 47-51.

8. Архаров, В.И. О квазиполикристаллической модели расплавов текст. / В.И. Архаров, И.А. Новохатский // II Всесоюз. конф. по строению и свойствам мет. и шлак, расплавов: Тез. науч. сообщ. Свердловск: УНЦ АН СССР. 1974,- С. 52-53.

9. Новохатский, И.А. Связь строения расплавов с фазовым составом многокомпонентных сплавов текст./ И.А. Новохатский, В.З. Кисунько // Наследственность в литых сплавах: Тез. докл. III науч.-техн. сем. Куйбышев: КПтИ. 1987.- С. 15 18.

10. Stewart, G.W. J Chem. Phis./ G.W. Stewart 1934. v.2.- p. 417-425.

11. Френкель, Я.И. Кинетическая теория жидкости текст./ Я.И. Френкель; Л.: Наука, 1975. 592с.

12. Френкель, Я.И. Введение в теорию металлов текст./ Я.И. Френкель; Л.-М: ОГИЗ, 1948.- 291с.

13. Архаров, В.И. О внутренней адсорбации в расплавах текст./ В.И. Архаров, И.А. Новохатский; Докл. АН СССР Т. 185. 1969.- № 5,- С. 1069-1071.

14. Гельд, П.В. Расплавы ферросплавного производства текст./ П.В. Гельд, Б.А. Баум, М.С. Петрушевский М.: Металлургия, 1973.- 288 с.

15. Гельд, П.В. Связь свойств металлов в жидком и твердом состоянии текст./ П.В. Гельд, Б.А. Баум, Г.В. Тягунов и др.// Свойства расплавленных металлов. М.: Наука.- 1974.- С. 7 10.

16. Баум, Б.А. Металлические жидкости проблемы и гипотезы текст./ Б.А. Баум М.: Наука, 1979,- 120 с.

17. Баум, Б.А. Жидкая сталь текст./ Б.А. Баум, Г.А. Хасин, Г.В. Тягунов и др. М.: Металлургия, 1984,- 210 с.

18. Ершов, Г.С. Строение и свойства жидких и твердых металлов текст./ Г.С. Ершов, В.А. Черняков. М.: Металлургия, 1978.- 248 с.

19. Ершов, Г.С. Физико-химические основы рационального легирования сталей и сплавов текст./ Г.С. Ершов, Ю.Б. Бычков. М.: Металлургия, 1982.- 360 с.

20. Ершов, Г.С. Свойства металлургических расплавов и их взаимодействие в сталеплавильных процессах текст./ Г.С. Ершов, Ю.Б. Бычков. М.: Металлургия, 1983. -216 с.

21. Гаврилин, И.В. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов текст./ И.В. Гаврилин. Владимир: ВлГУ, 2000.- 260 с.

22. Гаврилин, И.В. Седиментационный эксперимент при изучении жидких сплавов текст./ И.В. Гаврилин// Известия АН СССР. Металлы, 1985,-№2,-С. 66-73.

23. Попель, П.С. Фазовый переход или распад метастабильных агрегатов? текст./ П.С. Попель // Изв. вузов. Черная металлургия. 1985.-№5,-С. 34-41.

24. Попель, П.С. Термодинамический анализ одной из причин металлургической наследственности текст./ П.С. Попель, Б.А. Баум// Изв. АН СССР. Металлы. 1986.- №5.- С. 47 51.

25. Попель, П.С. Наследственная микронеоднородность жидких металлических растворов текст./ П.С. Попель// IV Всесоюз. конф. по строению и свойствам мет. и шлак, расплавов: Тез. науч. сообщ. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1986.- Ч.2.- С. 93 96.

26. Бродова, И.Г. Исходные расплавы как основа формирования структуры и свойств алюминиевых сплавов текст./ И.Г. Бродова, П.С. Попель, Н.М. Барбин, Н.А. Ватолин. Екатеринбург: УрО РАН, 2005.- 370 с.

27. U.Dahlborg, M.Besser, M.Calvo-Dahlborg, G.Cuello, C.D.Dewhurst, M.J.Kramer, J.R.Morris, D.J.Sordelet. Structure of molten Al-Si alloys. Journal of Non-Crystalline Solids, Vol.363, No.32-40, 2007. pp.3005-3010.

28. Измайлов, В.А. Строение эвтектических расплавов с отрицательной энергией смешения текст./ В.А. Измайлов// Свойства расплавленных металлов: Тр. XVI Совещ. по теории литейных процессов. М.: Наука,- 1974.-С. 21 -24.

29. Измайлов, В. А. Строение эвтектических расплавов с отрицательной энергией смешения текст./ В.А. Измайлов// Свойства расплавленных металлов. М. 1974. - С. 21-24.

30. Измайлов, В.А. О строении заэвтектических сплавов типа Al-Si текст./ В.А. Измайлов// Литейное производство. 1972.- №2.- С. 24-25.

31. Вертман, A.A. Центрифугирование силумина в жидком состоянии текст./ A.A. Вертман, В.А. Измайлов, А.М. Самарин// Докл. АН СССР. 1970. - Т. 190, №2. - С. 313-314.

32. Таран, Ю.Н. Структура эвтектических сплавов текст./ Ю.Н. Таран, В.И. Мазур . М.: Металлургия, 1978.- 312 с.

33. Мазур, В.И. Модели расплавов в системе Al-Si по результатам структурного анализа продуктов закалки из жидкого состояния текст./ В.И. Мазур, А.Г. Пригунова, Ю.Н. Таран // Физика металлов и металловедение. 1980,- Т. 50.-№1,- С. 123- 129.

34. Мазур, В.И. Проблемы строения и распада жидкой фазы в эвтектических сплавах текст./ В.И. Мазур// Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа: Матер. I Всесоюз. конф. Днепропетровск: ДМетИ, 1979.- С. 25-28.

35. Пригунова, А.Г., и др. Исследование строения жидких сплавов алюминий-кремний. II. Заэвтектические расплавы текст./ А.Г. Пригунова,

36. В.И. Мазур// Металлофизика. 1983,- Т.5.- №3,- С. 54 57.166

37. Мазур, В.И. Развитие современной теории эвтектической кристаллизации текст./ В.И. Мазур// Эвтектика IV: Тр. Междунар. науч. конф. Днепропетровск: ГМАУ,- 1997,- С. 23 30.

38. Мазур, В.И., О метастабильных фазах в системе Al-Si текст./ В.И. Мазур// Эвтектика V: Тр. Междунар. науч. конф. Днепропетровск: ГМАУ,- 2000.- С. 50 55.

39. Мазур, В.И. Теория эвтектического превращения за 25 лет: успехи, проблемы, перспективы текст./ В.И. Мазур, Ю.Н. Таран // Эвтектика VI: Тр. Междунар. науч. конф. Запорожье: НМАУ.- 2003.- С. 9 32.

40. Пригунова, А.Г. Теория и технологии получении высококачественных силуминов физико-химическими воздействиями на расплав: Автореф. дис. . докт. техн. Наук/ А.Г. Пригунова. Днепропетровск: ГМАУ, 1999.- 34 с.

41. Курдюмов, A.B. Флюсовая обработка и фильтрование алюминиевых расплавов текст./ A.B. Курдюмов, С.В. Инкин и др. М.: Металлургия, 1980.- 196 с.45.

42. Попель, П.С., Термодинамическое обоснование коллоидного механизма передачи структурной наследственности в силуминах текст./ П.С. Попель// Наследственность в литых сплавах: Тез. докл. IV межотрасл. науч.-техн. сем. Куйбышев: КПтИ.- 1990.- С. 69 72.

43. Никитин, В.И. Наследственность в литых сплавах текст./ В.И. Никитин. Самара: СамГТУ, 1995,- 248 с.

44. Рязанов, С. А. К вопросу о метастабильном состоянии кристаллизующихся расплавовтекст./ С.А. Рязанов // Наследственность в литейных процессах: Труды VII междунар. науч.-техн. симпозиума. Самара: СамГТУ, 2008. С. 95-100.

45. Бродова, И.Г. Исходные расплавы как основа формирования структуры и свойств алюминиевых сплавов текст./ И.Г. Бродова, П.С.

46. Попель, Н.М. Барбин, H.A. Ватолин. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. -370 с.167

47. Цецорина, С.А. Исследование влияния магнитного поля на свойства литейных алюминиевых сплавов и разработка ресурсосберегающих технологий их получения: автореф. дисс.канд. техн. Наук/ С.А.Цецорина -Новокузнецк: ГОУ ВПО СибГИУ, 2008. -20 с.

48. Деев, В.Б. Влияние термовременной обработки и магнитного поля на свойства сплава АК7чтекст./ В.Б. Деев, И.Ф. Селянин, С.А. Цецорина, Е.С. Архипова. //Литейщик России. -2009. -№12. -С.27-28.

49. Грабовый, В.М. Выбор технологии электрогидроимпульсной подготовки расплава к заливке текст./ В.М. Грабовый// Металлургия машиностроения. -2009. -№1. -С.29-34.

50. Филиппова, И.А. Модифицирование алюминиевых сплавов лигатурами, полученными закалкой из жидкого состояния текст./ И.А. Филиппова, И.А. Дибров, В.Д. Белов.//Литейщик России. -2009. -№12. -С.35-38.

51. Деев, В.Б. Получение герметичных алюминиевых сплавов из вторичных материаловтекст./ В.Б. Деев. М.: Флинта: Наука, 2006. - 218 с.

52. Бродова, И.Г. Оптимизация температурного режима выплавки алюминиевого сплаватекст./ И.Г. Бродова, O.A. Чикова, П.С. Попель и др // Литейное производство.- 1996. №6. - С. 6-8.

53. Шуварикова, Е.П. Получение мелкозернистой структуры в алюминиевых слиткахтекст./ Е.П. Шуварикова// Литейное производство. -1999. -№ 11.-С. 29.

54. Попель, П.С. Метастабильное микрорасслоение жидких сплавов и его влияние на структуру отливки текст./ П.С. Попель// Литейное производство. 1992. - №7. - С. 3-6.

55. Крушенко, Г.Г. Повышение свойств алюминиево-кремниевых сплавов путем их обработки в жидком состоянии текст./ Г.Г. Крушенко// Свойства расплавленных металлов: Труды XVI совещания по теории литейных процессов. М.: Наука. - 1974. - С. 78-82.

56. Ершов, Г.С. Микронеоднородность металлов и сплавов текст./ Г.С. Ершов, Л.А. Позняк-М.: Металлургия, 1985.- 215с.

57. Шиляев, A.C. Ультразвуковая обработка расплавов текст./ A.C. Шиляев// Минск, «Наука и техника». 1992 . с. 24-26.

58. Эскин, Г.И. Ультразвук шагнул в металлургию текст./ Г.И. Эскин. Москва, Металлургия, 1975.- 216 с.

59. Розенберг, JI.Д. Физика и техника мощного ультразвука. ТомЗ. Физические основы ультразвуковой технологии текст./ Л.Д. Розенберг. М.изд. Наука, СССР, 1970.- 689 с.

60. Абрамов, О.В. Физические основы ультразвуковой технологиитекст./ О.В. Абрамов, И.И. Теумин, под ред. Розенберга Л.Д. Наука. 1970,-С. 427-512.

61. Зарембо, В.И. и др. Фоновое резонансно-акустическое управление гетерофазными процессамитекст./ В.И. Зарембо// Теоретические основы химической технологии. Т. 49.-2006.- №5. - С. 520-532.

62. Михеев, В.А, Разработка новых принципов обеспечения гомогенности состава литых материалов за счёт нанофазного модифицирования текст./ В.А. Михеев, В.И. Зарембо, A.A. Колесников,

63. A.M. Бибиков// Сборник трудов международной научно-технической конференции «металлдеформ 2009» том 1, Самара.- 2009.- С. 118-129.

64. Иголкин, А.Ю., Возможность формирования структуры сплава АК12 воздействием импульсных магнитных полей текст./ А.Ю. Иголкин,

65. B.И. Никитин и др. // Сборник трудов международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин, том 1, Москва «Машиностроение».-2003.- С. 286-290.

66. Никитин, В.И. Воздействие импульсных магнитных полей наструктуру и свойства доэвтектического силуминатекст./ В.И. Никитин, Б.В.

67. Вялов, A.B. Шаруев // Труды 5-й международной конференции молодыхучёных и студентов. Актуальные проблемы современной науки.

68. Естественные науки. Часть 3: Машиностроение и машиноведение,металлургия, литейное производство Самара: Изд-во СамГТУ 2004,- С. 56-58.170

69. Белкин, B.C. Наносекундные электромагнитные импульсы и их применение текст./ В.А. Бухарин, В.К. Дубровин и др. Под ред. В.В. Крымского. Челябинск: Изд-во. "Татьяна Лурье".- 2001.- 119 с.

70. Чебышев, В.А. Литье с объемной вибрацией текст./ В.А. Чебышев // Литейное производство.- 1999.- №6.- С. 26-28.

71. Найдек, В.Л. Обработка расплавов на основе алюминия и меди заглубленной в них плазменной струей текст./ В.Л. Найдек // Литейное производство.- 1998.- №7.- С. 11-13.

72. Мищенко, П.С. Исследование процессов струйного перемешивания расплава МГД текст./ П.С. Мищенко, А.Э. Микельсон и др// ТЛС, 1976.-№4.-С. 23-24.

73. Найдек, В.Л. Новые технологии рафинирования алюминиевых сплавов текст./ В.Л. Найдек, A.B. Наривский, Н.С. Ганжа // Литейное производство.- 2003.- №9.- С. 8-10.

74. Паркин, A.A. О применении плазменной обработки для повышения качества алюминиевых сплавовтекст./ A.A. Паркин, В.И. Никитин, Д.А. Мулендеев // Литейщик России,- 2009. №12. - С. 12-15

75. Марукович, Е.И. Наследственность в заэвтектических силуминах текст./ Е.И. Марукович, В.Ю. Стеценко // Наследственность в литейных процессах: труды VII международного научно-технического симпозиума. Самара: СамГТУ.- 2008. С. 75-80.

76. Стеценко, В.Ю. Литье наноструктурных силуминов текст./ В.Ю. Стеценко, Е.И. Марукович // Наследственность в литейных процессах: труды VII международного научно-технического симпозиума. Самара: СамГТУ,- 2008. - С. 290-296.

77. Лукьянов, Г.С. Повышение качества сплавов системы Al-Cu текст./ Г.С. Лукьянов, В.И. Никитин и др.// Литейное производство. 1986.-№11.-С. 30.

78. Лукьянов, Г.С. Повышение качества сплавов Al-Cu-Mn путем улучшения структуры лигатур текст./ Г.С. Лукьяенов, А.Д. Гарин, В.И. Никитин и др. // Наследственность в литых сплавах: Тез. докл. III науч.-техн. сем. Куйбышев: КПтИ, 1987.- С. 25-28.

79. Лукьянов, Г.С. Формирование качества алюминиевых центробежных лигатур текст./ Г.С. Лукьянов, М.М. Щербаков, В.И. Никитин и др.// Наследственность в литых сплавах: Тез. докл. IV межотрасл. науч.-техн. сем. Куйбышев: КПтИ, 1990.- С. 28 29.

80. Никитин, В.И. Применение мелкокристаллических лигатур при литье круглых слитков из магналиевтекст./ В.И. Никитин, И.И. Варга, и др.// Цветные металлы. 1995.- № 12.- С. 50 52.

81. Лукьянов Г.С., Алюминиевые лигатуры с мелкокристаллическим строением текст./ Г.С. Лукьянов, В.И. Никитин// Литейное производство. 1997,- № 8-9,- С. 13 14.

82. Пат. 2111276, RU С 22 С 1/02. Способ получения лигатур для приготовления алюминиевых сплавов / Г.С. Лукьянов, А.Д. Гарин, В.И. Никитин. 17 е.: ил.

83. Никитин, В.И. Влияние мелкокристаллических переплавов (МКП) на кристаллизацию и свойства сплава АК9М2 текст./ В.И. Никитин, Н.В. Бубнов// Литейное производство. 1997.- № 8-9.- С. 36 37.

84. A.c. 1205562 (СССР), 4 С 22 С 1/02. Способ получения шихты для плавки алюминиевых сплавов / П.С. Попель, В.И. Никитин и др. 3 с: ил.

85. Никитин, В.И. Кристаллизационный способ подготовки шихты для приготовления алюминиевых сплавов текст./ В.И. Никитин, A.M. Парамонов, Н.В. Павлов// Наследственность в литых сплавах: Тез. докл. V науч.-техн. конф. Самара: СамГТУ, 1993.- С. 37-39.

86. Селянин, И.Ф. Комплексное влияние термовременной обработки и флюсования на свойства сплава АК7ч текст./ И.Ф. Селянин, В.Б. Деев и др.// Литейное производство. 2005.- №11. - С. 6-7.

87. Дискуссия «Модифицирование сплавов цветных металлов при заготовительном литье» // Цветные металлы. 1988. №10.- С. 86-94.

88. Курдюмов, A.B. Литейное производство цветных и редких металлов текст./ A.B. Курдюмов, М.В. Пикунов, В.М. Чурсин М.: Металлургия. 1982. -352с.

89. Модифицирование силуминов: Сб.-Киев: изд-во АН УССР, 1970 120с

90. Пархутик, П.А. О модифицировании заэвтектических силуминов текст./ П.А. Пархутик, Л.Д. Калашник, М.З. Лубенский// В кн. Структура исвойства металлов и сплавов. Минск 1974,- С. 24-36.173

91. Chadwick, G. A. Eutectic alloy solidification/ G. A. Chadwick// Progr. in Mater. Scieence, 1963, vol. 12.- N 2- p. 159—169.

92. Строганов, Г.Б. Сплавы алюминия с кремнием текст./ Г.Б. Строганов, В. А. Ротенберг, Г. Б. Гершман М.: Металлургия, 1977.- 272 с.

93. Мальцев, М. В. Модифицирование структуры металлов и сплавов текст./ М.В. Мальцев М.: Металлургия, 1964,- 214 с.

94. Ламихов, Л. К. О модифицировании алюминия и сплава АЛ7 переходными металлами текст./ Л.К. Ламихов, Г. В. Самсонов// Цветные металлы. 1964.- №1.- с. 24.

95. Пархутик, П. А. Влияние титана на структуру свойства алюминия текст./ П.А. Пархутик, М. 3. Лубенскнй// МиТОМ 1967.- №12. -С. 66-68.

96. Ефименко, В.П. О модифицирующем влиянии некоторых микродобавок на кристаллизацию силуминов текст./ В.П. Ефименко, A.A. Баранов, В.В. Кисунько и др// Изв. вузов. Цвет. Металлургия 1982.- №6. С. 86-90.

97. Никитин, К.В. Исследование и разработка технологических основ избирательного модифицирования силуминов: Дис. . канд. техн. Наук/ К.В. Никитин Самара: СамГТУ-ВГУ, 2003.- 180 с.

98. Микхаленков, K.B. Обработка силуминов промышленными зерноизмельчающими лигатурами/ К.В. Микхаленко// http://www.fliotm.kpi.ua/sworks/03/mykhalenkovmanuscript200.

99. Johnsson М. and Backerud L. The influence of composition on equiaxed crystal growth mechanisms and grain size in Al alloys// Z. Metallkd. -1996.-Vol. 87-№3.-p. 216-220.

100. Muller K. Kornfeinung und Veredelung von Al Si - Gußlegierungen im Wechselspiel der Zusätze// Erstarrung metallischer Shmelzen in Forschung und GieBereipraxis, 1999, Edit. Andreas Ludwig.- p. 199 - 204.

101. Simensen C.J. Grain refinement of Al-7 wt% Si alloys//Light Metals, 1999, Edit. C.E.Eckert. p. 679 - 680.

102. Калинина, Н.Е. Модифицирование высокопрочных алюминиевых сплавов дисперсными композициями текст./ Н.Е. Калинина// Сборник научных трудов. Системш технологИ'. Днепропетровск, 1998.-вып.2. - С.150 - 153.

103. Никитин, К.В. Наследственное влияние мелкокристаллических модификаторов на свойства алюминиевых сплавов текст./ К.В. Никитин// Литейное производство. 2002.- №10.- С. 16-18.

104. Никитин, В.И. Основы технологий генной инженерии в сплавах текст./ В.И. Никитин, К.В. Никитин// Литейное производство сегодня и завтра: Мат. 4-й Всерос. науч.-практ. конф. СПб: СПГПУ, 2003.- С. 3 5.

105. Никитин, К.В. Влияние структуры шихты и вида модификатора на кинетику кристаллизации промышленных силуминов текст./ К.В. Никитин, Б.В. Вялов, A.B. Ротачков// Литейщик России. 2004,- № в.- С. 3033.

106. Никитин, В.И. Генетическое влияние строения расплава на модифицируемость силуминов текст./ В.И. Никитин, К.В. Никитин// Высокие технологии в машиностроении: Мат. Междунар. науч.-техн. конф. Самара: СамГТУ, 2004,- С. 144 145.

107. Галдин, Н.М. Цветное литье: Справочник текст./ Н.М. Галдин, Д.Ф.Чернега М: Машиностроение, 1989.- 528с.

108. Патент 2180013 С22С1/02, С22В7/00 от 27.02.2002 / Способ переплава пылевидных отходов кремния в среде твердо-жидкого алюминия / Гаврилин И.В., Кечин В.А., Колтышев В.И.

109. ГОСТ17359-82. Порошковая металлургия. Термины и определения.

110. Гаврилин, И.В. Получение литейных силуминов с использованием пылевидного кремния и металлоотходов текст./ И.В. Гаврилин, В.А. Кечин, В.И. Колтышев. Владимир: ВлГУ, 2003. 149с.

111. Залкин, В.М. Природа эвтектических сплавов и эффект контактного плавления текст./В.М. Залкин М.: Металлургия, 1987,-152 с.

112. Чикова, O.A. Микрогетерогенность и особенности кристаллизации расплавов на основе алюминия. Автореф. диссер. д.ф.-м.н./ O.A. Чикова Екатеринбург, 2009.- 38с.

113. Савинцев, П.А. О природе и линейной скорости контактного плавлениятекст./ П.А. Савинцев, В.Е. Аверичева идр. // Изв. Томск, политех, ин-та, I960.- Т.105.-С.222-226.

114. Шебзухов A.A. О природе и некоторых закономерностях контактного плавления. Дисс. . канд. физ.-мат. Наук/ A.A. Шебзухов Нальчик, 1971.- 192 с.

115. Савинцев, С.П. Кинетика роста жидкой фазы при контактном плавлении бинарных систем. Дисс. . канд. физ-мат. Наук/ С.П. Савинцев Нальчик, 1986,- 177 с.

116. Залкин, В.М. ЖФХ текст./ В.М. Залкин 1969.- т. 43,- №2.- С. 299303.

117. Залкин, В.М. ЖФХ текст./ В.М. Залкин 1983.- т. 57.- № 2,- С. 499-506.

118. Ахкубеков, A.A. Диффузионная кинетика роста жидкой фазы приконтакте разнородных кристаллов/ A.A. Ахкубеков, Б.С. Карамурзов,176

119. Электронный журнал «Исследовано в России»http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2000/034.pdf

120. Дроздов, И.А. Факторы влияющие на растворимость легирующих элементов в расплаве алюминия текст./ И.А. Дроздов// Металлургия машиностроения. 2011.- №3. С. 19-20.

121. Волков, Ю.П. Формирование кремниевых сферических наночастиц в расплавленном алюминии текст./ Ю.П. Волков, В.Б. Байбурин, Н.П. Коннов// Журнал технической физики, 2004.- Том 74.- Вып. 3.- С. 78-80.

122. Никитин, К.В. Наследственное влияние модифицирования на затвердевание силуминов с помощью метода вакуумного всасывания Текст./ К.В. Никитин, И.Ю. Тимошкин, A.B. Волостнов // Литейщик России. 2009.-№7,- С. 29-32.

123. Никитин, К.В. Влияние параметров плавки на процессы затвердевания, структуру и свойства заэвтектического силумина текст. /

124. K.B. Никитин, И.Ю. Тимошкин, П.И. Панышев // Литейщик России. 2009.-№12.- С. 20-23.

125. Тихонов, A.C. Элементы физико-химической теории деформируемости сплавов текст./ A.C. Тихонов. М.: «Наука», 1972.- 158 с.

126. Никитин, К.В. Исследование наследственного влияния структуры лигатур Al-Si на свойства бинарных силуминов Текст. / К.В. Никитин, И.Ю. Тимошкин, P.C. Шайхутдинов // Литейщик России. 2009.- №12.- С. 23-27.

127. Патент 2034927 С22С1/02 от 10.05.1995 / Способ получения заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов / Лисай В.Э., Маленьких А.Н., Козинец В.И., Пак Р.В., Малюков К.П., Зверев Ю.А., Куликов Б.П.

128. Галдин, Н.М. Цветное литье: Справочник текст./ Н.М. Галдин, Д.Ф. Чернега М: Машиностроение, 1989.- 528с.

129. Алюминиевые сплавы. Плавка и литье алюминиевых сплавов: Справ. Руководство. -М.: Металлургия, 1970. 416 с.

130. Беляев, А.И. Алюминиевые сплавы. Металловедение алюминия и его сплавов: Справ. 2-е изд., перераб. И доп. / А.И. Беляев, О.С. Бочвар, H.H. Бунов и др. М.: Металлургия, 1983. - 280 с.

131. Патент 2365651 С22С1/00, С22С21/02, С22С35/00 от 27.08.2009 / Способ низкотемпературного получения мелкокристаллической высококремнистой алюминиево-кремниевой лигатуры / Белов В.Ю., Качалин Н.И., Малинов В.И., Тихий Г.А., Никитин К.В.

132. Тимошкин, И.Ю. Основные проблемы и направления в производстве качественных алюминиевых сплавов из рециклируемых металлических отходов Текст./ И.Ю. Тимошкин, К.В. Никитин, В.И. Никитин // Литейщик России. 2010.- №8.- С. 24-26.

133. Kirchner, G. Secondary aluminium application in European industry: current situation and prospects / G. Kirchner// Рециклинг алюминия: материалы 3-й междунар. конф. -2006.

134. Макаров, Г.С. Тенденции в применении продукции из алюминия и его сплавов в России текс./ Г.С. Макаров // Литье алюминия: материалы 1-й междунар. конф. -2007.

135. Никитин, В.И. Современные тенденции, проблемы и перспективы применения алюминиевых литейных сплавов в автомобилестроении текс./ В.И. Никитин // Материалы в автомобилестроении: сборник докладов III междунар. нау.-практ. конф. -2008.-С.151-157.

136. Константинова, Н.Ю. Вязкость расплавов медь-алюминий и влияние их гомогенизирующей термообработки на структуру после кристаллизации. Автореф. дисс. к.физ.-мат.н/ Н.Ю. Константинова Екатеринбург.- 24 с.

137. Никитин, К.В. Об использовании железосодержащих отходов для получения алюминиевых лигатур и сплавов Текст. / К.В. Никитин, В.И. Никитин, И.Ю. Тимошкин, П.И. Понаморенко // Металлургия машиностроения. 2010.- №2.- С. 16-20.

138. Никитин, К.В. Влияние параметров обработки расплава на структуру и свойства литого алюминиевого припоя системы Al-Cu-Si Текст./ К.В. Никитин, И.Ю. Тимошкин // Литейщик России. 2009. - №6.- С. 19-21.

139. Никитин, К.В. О влиянии специальных способов обработки на свойства расплава и структуру припоя А34 Текст. / К.В. Никитин, В.И. Никитин, И.Ю. Тимошкин и др. // Металлургия машиностроения. 2011.-№4,- С. 17-21.