Існуючі уявлення про вплив водню на властивості алюмінієвих сплавів. Повідомлення 2
Processy litʹâ, 2020, Tom 139, №1, p.3-19
DOI:
https://doi.org/10.15407/plit2020.01.003Ключові слова:
алюмінієві сплави, лиття, водень, подвійний вплив, модифікатор, рафінування, економікаАнотація
Надійшла 25.09.2019
УДК 669.715:669.788
У поданому літературному огляді в хронологічному порядку описано розвиток подвійного впливу водню на формування та якість виливків з алюмінієвих сплавів і, відповідно, неоднозначне відношення до нього з боку вчених і практиків ливарників. До середини минулого століття існувала одностайна думка, що водень дуже шкідлива домішка, причина різних видів браку, зниження виходу придатного та погіршення економічних показників виробництва, тому необхідно максимально зменшувати його вміст у зливках і фасонних виливках. Однак дослідженнями, виконаними в наступні роки, доказано, що використання розчиненого в алюмінієвих сплавах водню в якості легуючого або модифікуючого елемента дозволяє значно зміцнити низку сплавів у деформованому стані при збереженні задовільної пластичності, вперше забезпечити можливість холодної пластичної деформації заевтектичних силумінів. Особливо важливу роль відіграє водень у формуванні складних фасонних виливків з металоємними вузлами, живлення яких з метою усунення концентрованих раковин та утяжин вимагає збільшення кількості надливів, технологічних напусків та схилів з великими непродуктивними затратами рідкого металу, що економічно не вигідно. В той же час, підвищення вмісту водню в розплаві дозволяє замінити браконосні усадочні дефекти допустимою розсередженою газовою мікропористістю, зберігаючи конфігурацію виливка близькою до рисунка деталі і покращуючи герметичність металоємних вузлів. Крім того, загальновизнаний позитивний вплив водневої пористості на підвищення тріщиностійкості та зниження гарячеламкості. При цьому механічні властивості залишаються на рівні експлуатаційних вимог. У практичному плані заслуговує уваги водневе рафінування алюмінієвих сплавів, як найдешевший екологічно чистий метод рафінування, який на відміну від інших методів забезпечує вибіркове видалення найбільш крупної фракції твердих включень, залишаючи дрібні для виконання ролі зародків кристалів. При цьому методі плавка попередньо наводнених шихтових матеріалів перетворюється з традиційно забруднюючої розплав у рафінуючу. В огляд включено останні розробки ФТІМС НАН України, в яких вперше дана відповідь на питання: якщо в одних організаціях (ВІЛС, МАТІ) барботажна обробка розплаву водяною парою використовується для забруднення (в дослідних цілях) включеннями Al2O3, а в інших (ФТІМС НАН України) за допомогою тієї ж операції видаляють вибірково найбільш крупну фракцію тих же включень, то що ж відбувається в дійсності?; розкрито механізм заміни газової пористості усадочною раковиною при автоклавному литті і литті під низьким тиском; вивчено властивості пористого металу, що важливо для оцінки експлуатаційного стану металоємних вузлів виливків з пористою будовою; випадки локального порушення герметичності в зоні газової пористості; воднева пористість – індикатор вмісту в розплаві включень Al2O3 з можливістю використання результатів аналізу по ходу плавки; водень як складова частина структури рідкого стану; суміщення наводнення з іншими видами обробки розплаву.
Посилання
Goltsov, V. A. (1995) History, ideology and prospects of hydrogen processing of materials. Vodorodnaya obrabotka materialov. Chast 1. Donetsk: DGTU, pp. 7-14 [in Russian].
Borisov, G. P., Kotlyarskyi, F. M. (2001) Hydrogen in technologies for aluminum alloys casting. Progress in Hydrogen Treatment of Materials. Donetsk-Coral Gables, pp. 315-325 [in English].
Kotlyarskyi, F. M. (2011) Hydrogen in aluminum alloys and castings. К.: Оsvita Ukrainy, 208 p. [in Russian].
Kurdyumov, A. V., Inkin, S. V., Chulkov, V. S., Grafas, N. I. (1980) Flux processing and filtering of aluminum melts. Moscow: Metallurgiya, 196 p. [in Russian].
Opie, W. R., Grant, N. J. (1950) Hydrogen solubility in aluminium and some aluminium alloys. Transactions metallurgical Sostety AJME, vol. 188, no. 10, p. 1237 [in English].
Chernega, D. F., Byalik, O. M., Shabas, E. D., Pogorelyy, V. T. (1967) Change in gas saturation of the AЛ9 alloy during melting. Liteynoe proizvodstvo, no. 9, pp. 14-15 [in Russian].
Altman, M. B., Glotov, Ye. B., Ryabinina, R. M., Smirnova, T. I. (1970) Vacuum refining of aluminum alloys. Мoscow: Metallurgiya, 160 p. [in Russian].
Chernega, D. F., Byalik, O. M. (1972) Hydrogen in cast aluminum alloys. К.: Tekhnika, 145 p. [in Russian].
Dobatkin, V. I., Gabidullin, R. M., Kolachev, B. A., Makarov, G. S. (1976) Gases and oxides in aluminum deformable alloys. Moscow: Metallurgiya, 263 p. [in Russian].
Altman, M. B., Glotov, Ye. B., Zasypkin, V. A., Makarov, G. S. (1977) Evacuation of aluminum alloys. Moscow: Metallurgiya, 240 p. [in Russian].
Practice for the production of castings from aluminum alloys (1982) EI TOLP, no. 23, ser. 3, pp. 8-13 [in Russian].
Goltsev, V. A., Stromskaya, N. P., Zhezher, V. F., Shkrob, T. P., Prostova, N. I. (1986) Development of a unified scale of gas porosity of castings from silumins. Liteynoe proizvodstvo, no. 12, pp. 9-10 [in Russian].
Obtaining castings with a guaranteed level of quality (1987) EI TOLP, no. 7, ser. 3, pp. 1-3 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M. (1991) Formation processes and methods for reducing the physical and chemical heterogeneity of castings from aluminum-silicon alloys: Doctor’s thesis. К.: IPL AN USSR, 444 p. [in Russian].
Tema NIR 1.6.5.452 (2000) Investigation of the effect of hydrogen melt supersaturation as an independent factor in controlling the processes of formation of the structure and properties of aluminum alloys. К.: PTIMA NANU, 43 p. [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M., Borisov, G. P., Belik, V. I., Vernidub, A. G. (2004) The effect of hydrogen treatment of silumine melts on the mechanical properties of castings. Protsessy litya, no. 2, pp. 56-61 [in Russian].
Shabas, E. D., Chernega, D. F. (1969) Production of large castings from ВАЛ5 alloy. Progressivnaya tekhnologiya liteynogo proizvodstva. Gorkiy: VVKI, pp. 360-363 [in Russian].
Yefimov, V. A., Borisov, G. P., Abramova, V. P., Rudenko, N. G., Stepanov, O. M., Kotlyarskyi, F. M. (1978) The effect of non-metallic inclusions and gases on the mechanical properties of silumintype alloys. Novoe v lite s protivodavleniem. Sofiya, BAN, pp. 66–71 [in Russian].
Gulyaev, B. B. (1976) Theory of foundry processes. L.: Mashinostroenie, 214 p. [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M. (1994) The complex effect of the gas saturation of the melt and the intensity of solidification on the formation and properties of castings from aluminum alloys in the conditions of non-profit casting. Protsessy litya, no. 2, pp. 96-106 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M. (1990) The formation of castings from aluminum alloys. К.: Naukova dumka, 216 p. [in Russian].
Vashchenko, K. I., Chernega, D. F., Byalik, O. M. (1969) The effect of hydrogen on the technological properties and quality of castings from aluminum-silicon alloys. Progressive foundry technology. Gorky: VVKI, pp. 337-340 [in Russian].
Fomin, B. A., Spasskiy, A. G. (1961) The effect of gases on the modification of hypereutectic silumins. Liteynoe proizvodstvo, no. 4, pp. 24 [in Russian].
Belov, V. D. (1998) On the integrated processing and formation of the structure of piston hypereutectic silumins. Izv. vuzov. tsv. met., no. 4, pp. 29–32 [in Russian].
Abramov, A. A. (1984) Hydrogen in cast aluminum alloys. Sb. VOT. Seriya 16, vyp. 1 [in Russian].
Kolachev, B. A. (1994) Hydrogen brittleness of aluminum alloys and methods for its prevention. Tekhnologiya legkikh splavov (VILS), no. 5–6, pp. 19-28 [in Russian].
Bjӧrkergen, L. E. et al. (1993) The effect of porosity on the fatigue characteristics of various castings. Doklad na 60-m Mezhdunarodnom Kongresse liteyshchikov, Gaaga [in English].
Abramov, A. A., Zelov, V. B. (1984) Hydrogen in cast aluminum alloys. Liteynoe proizvodstvo, no. 1, pp. 10-12 [in Russian].
Korotkov, V. G. (1969) Refining aluminum alloys with high cryolite fluxes. Progressivnaya tekhnologiya liteynogo proizvodstva. Gorkiy: VVKI, pp. 352-355 [in Russian].
Ryzhikov, A. A., Koryakin, G. I., Yaroslavtsev, O. I., Maslov, P. N. (1969) Development and implementation of the out-of-furnace refining process of the AL30 alloy with liquid fluxes. Progressivnaya tekhnologiya liteynogo proizvodstva. Gorkiy: VVKI, pp. 332-336 [in Russian].
Andreev, A. D. (1966) On improving the quality of aluminum alloy ingots. Light alloy technology (VILS), no. 6, pp. 48-53 [in Russian].
Kolachev, B. A., Gabidullin, R. M., Kravchenko, V. Ye. (1981) The hydrogen brittleness of aluminum alloys. Legirovanie i obrabotka legkikh splavov. Мoscow: Nauka, pp. 126-133 [in Russian].
Shvetsov, I. V., Shvetsova, G. B., Yelagin, V. I., Kolachev, B. A. (1970) The effect of hydrogen on the structure and mechanical properties of ingots from AK8 alloy. Gazy v legkikh metallakh. Trudy MATI, no. 71, pp. 58-67 [in Russian].
Afanasev, V. K., Popova, M. V., Prudnikov, A. N., Zezikov, M. V., Gorshenin, A. V. (2005) Hydrogenalloying element of aluminum alloys. Izv. vuzov. Chernaya metallurgiya, no. 6, pp. 36-39 [in Russian].
Klevtsov, G. V. (1990) The influence of casting methods on the structure and fatigue strength of ВАЛ8 aluminum alloy. Izv. vuzov. Tsvetnaya metallurgiya, no. 5, pp. 96-102 [in Russian].
Makarov, G. S. (1983) Gas refining of aluminum alloys. Мoscow: Metallurgiya, 119 p. [in Russian].
Lipchin, T. N. (1985) Efficiency of hardening alloys during crystallization under pressure. Liteynoe proizvodstvo, no. 3, pp. 13-15 [in Russian].
Zasypkin, V. A., Rucheva, N. V. (1968) Internal defects in deformed aluminum semi-finished products. Alyuminievye splavy. Vyp. 5. Konstruktsionnye splavy. Мoscow: Metallurgiya, pp. 5-8 [in Russian].
Sand casting and chill casting (1988) EI TOLP, no. 7, seriya 3, pp. 4-18 [in Russian].
Merfi, A. Dzh. (1959) Smelting and casting of non-ferrous metals and alloys. Мoscow: Metallurgizdat, 646 p. [in Russian].
Afanasev, V. K. (1986) On the features of changes in the properties of silumins after heating in the range of 200–300 0C. Zakonomernosti formirovaniya struktury splavov evtekticheskogo tipa. Chast ІІ. Dnepropetrovsk: DMetI, pp. 86-87 [in Russian].
Abramov, A. A. (1983) The effect of hydrogen content in the melt before crystallization on the mechanical and operational properties of high-strength cast aluminum alloys. Vysokoprochnye tsvetnye splavy i progressivnye metody proizvodstva otlivok. Moscow: MDNTP, p. 12 [in Russian].
Pobezhimov, P. P., Nefedova, L. P., Belov, Ye. V. (1989) Metallurgy of corrosion-resistant aluminum alloys and castings. Мoscow: Metallurgiya, 152 p. [in Russian].
Abramov, A. A., Zelov, V. B. (1977) The effect of hydrogen on the density and tightness of aluminum cast alloys. Sovremennye metody obespecheniya vysokogo kachestva otlivok. L.: LDNTP, p. 82 [in Russian].
Ivanov, V. P. (1971) The effect of small lithium additives on the gas content and mechanical properties of aluminum. Izv. vuzov. tsv. met., no. 3, pp. 118-121 [in Russian].
Gabidullin, R. M., Zasypkin, V. A., Yushin, V. D., Titov, V. N. (1968) On the distribution of hydrogen in a metal during crystallization. Alyuminievye splavy. Konstruktsionnye materialy. Мoscow: Metallurgiya, Vyp. 5, pp. 14-21 [in Russian].
Afanasev, V. K., Popova, M. V. (2004) The use of hydrogen to obtain the necessary properties of aluminum alloys. Vodorodnaya obrabotka materialov: «VOM–2004», Donetsk, Don NTU, pp. 243-245 [in Russian].
Afanasev, V. K., Nikitin, V. I. (1976) The structure and properties of aluminum alloys depending on the conditions for the preparation of charge materials. Liteynoe proizvodstvo, no. 4, pp. 16-17 [in Russian].
Afanasev, V. K., Prudnikov, A. N. (1988) Effect of solid-liquid deformation and charge hydrogenation on the properties of castings from aluminum alloys. Liteynoe proizvodstvo, no. 9, pp. 12-13 [in Russian].
Nikitin, V. I. (1995) Inheritance in cast alloys. Samara, SGTU, 248 p. [in Russian].
Afanasev, V. K., Afanaseva, I. N., Popova, M. V. (1998) Hydrogen and properties of aluminumsilicon alloys. Abakan: Khakasskoe kn. izd-vo, 192 p. [in Russian].
Popova, M. V. (2002) Doping silumins with hydrogen, phosphorus and fluorine to obtain alloys with low thermal expansion. Metallurgiya mashinostroeniya, no. 6 (9), pp. 30-32 [in Russian].
Prudnikov, A. N., Sprukul, G. I., Sushkova, I. A. (1986) The influence of alloying and melt processing on the properties of castings from eutectic and hypereutectic silumins. Zakonomernosti formirovaniya struktury splavov evtekticheskogo tipa. Dnepropetrovsk: DMYeTI, pp. 259-260 [in Russian].
Fedotov, V. M. (1994) The technology of preparation of hypereutectic silumins. Tekhnol. ser. resursosbereg. protsessy, oborud., mater., no. 1–2, pp. 68-71 [in Russian].
Borbe, P. C., Erdmann-Jesnitzer, F., Schoebel, W. (1983) Beitrag zum Wasserstoffeinfluβ auf das Zeitstandsverhalten von Aluminium-Lickel-Legierungen. Aluminium (BRD), Vol. 59, no. 4, pp. 271-276 [in German].
Altman, M. B. (1964) Non-metallic inclusions in aluminum alloys. Мoscow: Metallurgiya, 127 p. [in Russian].
Krupman, L. I., Onopchenko, V. M., Komarov, A. A., Shcherbakov, A. I. (1973) Liquid alloy casting of aluminum alloys. Tekhnologiya legkikh splavov (VILS), no. 12, pp. 29-32 [in Russian].
Krushenko, G. G., Vasilenko, Z. A. (1988) Density and mechanical properties of silumin thermally processed in a liquid state. Rasplavy, no. 6, pp. 67-69 [in Russian].
Plastinin, V. A. (1969) Getting aluminum die casting using vacuum. Progressivnaya tekhnologiya liteynogo proizvodstva. Gorkiy: VVKI, pp. 466-469 [in Russian].
Dorofeev, A. V., Kilin, A. B., Tertishnikov, A. S. (2002) Processing of aluminum melts by electric current. Liteyshchik Rossii, no. 2, pp. 19-21 [in Russian].
Shapovalov, V. I. (1995) Cast porous alloys: production, structure, properties and application. Metall i lite Ukrainy, no. 2, pp. 2-10 [in Russian].
Sonsino, C. M., Dietrich, K. (1991) Einfluβ der Porositat auf das Schwing-festigkeitsverhalten von Aluminium-Guβwerkstoffen-Teil 1. Giesser. Forsch, Vol. 43, no. 3, pp. 119-130 [in German].
Achimovich, Z. S., Tomovich, M. N., Tomovich, S. M., Dzhurichich, M. R. (1994) Quality of castings from silumin obtained by casting according to gasified models. Liteynoe proizvodstvo, no. 12, pp. 18-19 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M. (1983) Theoretical background of the formation of shrinkage and gas defects in non-impregnated casting units. Liteynoe proizvodstvo, no. 7, pp. 22-24 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M., Belik, V. I. (1985) Casting quality after thermal processing of aluminum-silicon melts. Liteynoe proizvodstvo, no. 6, pp. 9-11 [in Russian].
Girshovich, N. G., Lebedev, K. P., Nekhendzi, Yu. A. (1963) Pre-expansion of ferrous and nonferrous alloys. Liteynoe proizvodstvo, no. 4, pp. 23-28 [in Russian].
Novikov, I. I. (1966) Heat resistance of non-ferrous metals and alloys, Мoscow: Nauka, 299 p. [in Russian].
Sokolskaya, L. N. (1959) Gases in light metals. Мoscow: Metallurgizdat, 115 p. [in Russian].
Nekhendzi, Yu. A., Lebedev, K. P., Kuptsov, I. V. (1967) The influence of melting and casting in vacuum on the casting properties of alloys. Liteynye svoystva metallov i splavov. Moscow: Nauka, pp. 60-65 [in Russian].
Pehlke, R. D., Trojan, P. K., Flinn, R. A., Winter, B. P., Sutton, M. C. (1982) Mold wall movement, volumetric shrinkage and thermal profiles in pure aluminium and 356 alloy. 49th Int. Congr., Chicago, 14-7 Apr., pp. 11 [in English].
Harriss, R. and Cesana, A. (1987) The flux injection process. The Foundryman [in English].
Scheuer, E., Williams, J., Wood, J. (1954) Foundry properties of aluminium alloy. Metal Industry, Vol. 85, no. 3, pp. 47-52; no. 4, pp. 63-65 [in English].
Postnikov, N. S. (1972) High sealed aluminum alloys. Мoscow: Metallurgiya, 160 p. [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M. (1995) The effect of vacuum on the formation and tightness of castings from aluminum alloys in the conditions of non-profit casting. Protsessy litya, no. 1, pp. 82-89 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M., Belik, V. I., Borisov, G. P., Kondratskiy, V. V. (1995) The effect of excess pressure on the formation and tightness of castings from aluminum alloys in the conditions of non-profit casting. Protsessy litya, no. 2, pp. 93-98 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M. (1998) On the possibility of obtaining sealed non-profit castings from aluminum alloys. Liteynoe proizvodstvo, no. 7, pp. 17-19 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M., Belik, V. I., Borisov, G. P. (1998) The influence of gas saturation of the melt on the formation and tightness of castings from aluminum alloys. Protsessy litya, no. 2, pp. 53-58 [in Russian].
Otchet po teme NIR 1.6.5.476. (2004) Development of scientific foundations for improving the quality and production efficiency of castings from aluminum alloys by means of hydrogen melt processing and injection molding. К.: PTIMA NAS of Ukraine, 378 p. [in Russian].
Gorshkov, I. Ye. (1952) Non-ferrous metal and alloy ingot casting. Мoscow: Metallurgizdat, 416 p. [in Russian].
Knipp, E. (1958) Vices of castings. Мoscow: Gostekhizdat, 276 p. [in Russian].
Przhibyl, Y. (1967) Theory of foundry processes. Мoscow: МIR, 328 p. [in Russian].
Pehlke, K. D., Tro-Yan, P. K., Flinn, R. A. et al. (1982) Mold wall movement volumetrie shrinkage and thermal profiles in pure aluminium and 356 alloy. 49 Jnt. Congr. Chicago, 14-17 Apr., p. 11 [in English].
Morimoto Kazufumi, Awano Yoji, Nakamura Motoyuki (1991) Jap. Foundrymen’s Soc., Vol. 63, no. 9, pp. 757-762 [in English].
Kotlyarskyi, F. M., Borisov, G. P. Belik, V. I. (1986) Formation of weights in aluminum alloy castings. Liteynoe proizvodstvo, no. 4, pp. 9-11 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M., Borisov, G. P. (2008) On the dual role of hydrogen in the formation of castings from aluminum alloys. 50 let v Akademii nauk Ukrainy: ILP, IPL, PTIMA. К.: redaktsiya zhurnala «Protsessy litya», pp. 434-467 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M., Belik, V. I. (1990) Effect of heat sink intensity on the formation of castings from silumins. Liteynoe proizvodstvo, no. 6, pp. 10-11 [in Russian].
Borisov, G. P., Kotlyarskyi, F. M. (2001) Hydrogen treatment of the melt - as a method of reducing hydrogen porosity in castings from aluminum alloys. Vodorodnaya obrabotka materialov. Donetsk: DonGTU, pp. 202-204 [in Russian].
Koryakin, G. I., Kimstach, G. M. (1970) Investigation of the effect of the modification effect on the change in the components of the total shrinkage of Al-Si alloys. Tr. Gork. PKTI, Vol. 1, pp. 68-75 [in Russian].
Effect of hydrogen content on the formation of shrinkage defects in castings from aluminum alloys (1986) EI TOLP, no. 22, seriya 3, pp. 6-7 [in Russian].
Argo, D., Gruzleski, J. E. (1988) Porosity in modified aluminum alloy castings. Trans. Amer. Foundrymen’s Soc. Proc. 92nd Annu.Meet., Apr. 24-28, Des Plaines (III). Vol. 96, pp. 65-74 [in English].
Huck, M., Naundorf, H., Schutz, W. (1983) Bruchmechanische Untersuchungen und Riβfortschrittsmessungen an lunkerbehafteten, bauteilahnlichen Proben aus GK-AlSi12. Vol. 14, no. 10, pp. 325-329 [in German].
Kotlyarskyi, F. M., Borisov, G. P., Belik, V. I., Duka, V. M. (2008) Hydrogen refining of aluminum alloys from solid non-metallic inclusions. Protsessy litya, no. 4, pp. 48-55 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M. (2014) Bubbling treatment of aluminum melts with water vapor. Are we polluting or refining? Protsessy litya, no. 2, pp. 14-20 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M. (2013) The effect of pressure on the nature of gas-shrinking defects in nonimpregnated knots. Protsessy litya, no. 1, pp. 29-32 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M., Duka, V. M. (2016) The complex effect of hydrogen refining and solidification rate on the structure and mechanical properties of AK7 alloy. Protsessy litya, no. 2, pp. 9-22 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M. (2011) Determination of properties of castings with low hardening rate. Protsessy litya, no. 2, pp. 20–23 [in Russian].
Borisov, G. P., Kotlyarskyi, F. M., Vernydub A. G., Tsir, T. G., Shenevidko, L. K. (2015) The influence of thermal parameters of the direct thermal method of casting on the formation and properties of non-profit castings from AK7 alloy. Protsessy litya, no. 2, pp. 40-47 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M. (2011) On the effect of gas porosity on the tightness of castings from aluminum alloys. Protsessy litya, no. 3, pp. 30-33 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M. (2013) Evaluation of the content of solid non-metallic inclusions in liquid aluminum alloys. Protsessy litya, no. 2, pp. 8-14 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M. (2019) Hydrogen as an integral part of the liquid state structure of aluminum alloys. Protsessy litya, no. 1, pp. 3-9 [in Russian].
Kotlyarskyi, F. M. (2019) The effect of combining hydrogenation with other types of melt processing on the formation and quality of castings from aluminum alloys. Protsessy litya, no. 3, pp. 3-13 [in Russian].
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Ф. М. Котлярський
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
