Научная статья на тему 'ФОРМИРОВАНИЕ ЛИГАТУРЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ AL-TI-B ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫМ ПРОЦЕССОМ С ПРИВЛЕЧЕНИЕМ ДИСПЕРСНЫХ ОТХОДОВ МАШИНОСТРОЕНИЯ'

ФОРМИРОВАНИЕ ЛИГАТУРЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ AL-TI-B ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫМ ПРОЦЕССОМ С ПРИВЛЕЧЕНИЕМ ДИСПЕРСНЫХ ОТХОДОВ МАШИНОСТРОЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
90
31
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Ползуновский вестник
ВАК
RSCI
Ключевые слова
СПЛАВЫ АЛЮМИНИЯ / МОДИФИЦИРОВАНИЕ / ЛИГАТУРА AL-TI-B / ЗАРОДЫШЕОБ-РАЗОВАНИЕ / ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЕ ЛИТЬЕ / ДИСПЕРСНЫЕ ОТХОДЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Сафронов Николай Николаевич, Харисов Ленар Рустамович, Фазлыев Марат Рашитович

Предложен и исследован технологический процесс изготовления прутковой лигатуры Al-Ti-B электрошлаковым литьём. В настоящее время в заготовительном производстве машиностроения алюминиевых конструкций остро стоит проблема гарантированного измельчения структуры литых сплавов. С решением этой задачи эффективно справляется лигатура Al-Ti-B. Данная лигатура обладает высокой модифицирующей способностью, обработка которой расплава способствует формированию тонкой равноосной структуры алюминия и его сплавов, что значительно повышает их механические и литейные свойства. Альтернативной технологией получения лигатуры Al-Ti-B, лишённой многих недостатков плавильно-литейной, может быть таковая, основанная на процессе электрошлакового литья с получением компактных слитков. Технологическое преимущество электрошлакового процесса в приложении формирования литой заготовки заключается в том, что синтез материала заготовки, доведение его до жидкого агрегатного состояния, заполнение им литейной формы и затвердевание синтезированного материала происходит непрерывно и одновременно, что исключает множество технологических переделов, присущих традиционным способам получения литой заготовки, в силу того, что в обычной плавильно-литейной технологии указанные операции разобщены. Расходуемым электродом является изделие в виде прутка, полученное мундштучным прессованием смеси измельчённых исходных материалов. По предложенной технологии и соотношении исходных материалов в шихтовой композиции получен опытный прутковый материал лигатуры Al-Ti-B, электронно-микроскопические, микрорентгеноспектральные исследования, стереометрический анализ структуры которого показали приоритетное взаимодействие титана с бором. Это обстоятельство обусловило высокое качество модифицирующей лигатуры, выразившееся наличием в ней преобладающего количества мелких зародышеобразующих частиц диборида титана.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Сафронов Николай Николаевич, Харисов Ленар Рустамович, Фазлыев Марат Рашитович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ADDITION ALLOY FORMATION BASED ON THE AL-TI-B SYSTEM BY AN ELECTROSLAG PROCESS USING DISPERSED MECHANICAL ENGINEERING WASTE

A technological process of the manufacture of Al-Ti-B rod addition alloy by electroslag casting has been proposed and investigated. At present, in the blank production of mechanical engineering of aluminum structures, there is an acute problem of guaranteed grinding of the cast alloys structure. The Al-Ti-B addition alloy effectively copes with the solution of this problem. This addition alloy has a high modifying ability, the melt processing contributes to the formation of a fine equiaxed structure of aluminum and its alloys, what significantly increases their mechanical and casting proper-ties. An alternative technology for producing the Al-Ti-B adittion alloy, devoid of many drawbacks of a smelting foundry technology, can be one based on the electroslag casting process to obtain compact ingots. The technological advantage of the electroslag process in the application of forming a cast billet is that the synthesis of the billet material, bringing it to a liquid state of aggregation, filling the mold with it and solidification of the synthesized material occurs continuously and simultaneously, which eliminates the many of technological redistributions inherent in traditional methods of producing a cast billet, due to the fact that these operations are separated in a smelting foundry technology. A consumable electrode is a product in the form of a rod, obtained by mouthpiece pressing a mixture of crushed raw materials. According to the proposed technology and the ratio of the initial materials in the charge composition, an experimental rod material of the Al-Ti-B addition alloy was obtained, electron-microscopic, micro-X-ray spectral studies, the stereometric structure analysis of which showed the priority interaction of titanium with boron. This circumstance determined the high quality of the modifying addition alloy, expressed in the presence in it of a predominant amount of small nucleating particles of titanium diboride.

Текст научной работы на тему «ФОРМИРОВАНИЕ ЛИГАТУРЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ AL-TI-B ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫМ ПРОЦЕССОМ С ПРИВЛЕЧЕНИЕМ ДИСПЕРСНЫХ ОТХОДОВ МАШИНОСТРОЕНИЯ»

РАЗДЕЛ 2. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ, НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ,

МЕТАЛЛУРГИЯ

Научная статья

2.6.17 - Материаловедение (технические науки) УДК 669.046.527

doi: 10.25712/А8Т11.2072-8921.2022.01.016

ФОРМИРОВАНИЕ ЛИГАТУРЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ АЬТ!-В ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫМ ПРОЦЕССОМ С ПРИВЛЕЧЕНИЕМ ДИСПЕРСНЫХ ОТХОДОВ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Николай Николаевич Сафронов 1, Ленар Рустамович Харисов 2, Марат Рашитович Фазлыев 3

1 2, 3 Набережночелнинский институт Казанского (Приволжского) Федерального университета, Набережные Челны, Россия

1 safronov-45@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-4834-0226

2 1п271 @mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0434-0718

3 4763460@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-0245-6007

Аннотация. Предложен и исследован технологический процесс изготовления прутковой лигатуры А1-Л-В электрошлаковым литьём. В настоящее время в заготовительном производстве машиностроения алюминиевых конструкций остро стоит проблема гарантированного измельчения структуры литых сплавов. С решением этой задачи эффективно справляется лигатура А1-Л-В. Данная лигатура обладает высокой модифицирующей способностью, обработка которой расплава способствует формированию тонкой равноосной структуры алюминия и его сплавов, что значительно повышает их механические и литейные свойства. Альтернативной технологией получения лигатуры А1-Л-В, лишённой многих недостатков плавильно-литейной, может быть таковая, основанная на процессе электрошлакового литья с получением компактных слитков. Технологическое преимущество электрошлакового процесса в приложении формирования литой заготовки заключается в том, что синтез материала заготовки, доведение его до жидкого агрегатного состояния, заполнение им литейной формы и затвердевание синтезированного материала происходит непрерывно и одновременно, что исключает множество технологических переделов, присущих традиционным способам получения литой заготовки, в силу того, что в обычной пла-вильно-литейной технологии указанные операции разобщены. Расходуемым электродом является изделие в виде прутка, полученное мундштучным прессованием смеси измельчённых исходных материалов. По предложенной технологии и соотношении исходных материалов в шихтовой композиции получен опытный прутковый материал лигатуры А1-Л-В, электронно-микроскопические, микрорентгеноспектральные исследования, стереометрический анализ структуры которого показали приоритетное взаимодействие титана с бором. Это обстоятельство обусловило высокое качество модифицирующей лигатуры, выразившееся наличием в ней преобладающего количества мелких зародышеобразующих частиц диборида титана.

Ключевые слова: сплавы алюминия, модифицирование, лигатура А1-Л-В, зародышеоб-разование, электрошлаковое литье, дисперсные отходы машиностроения.

Для цитирования: Сафронов, Н. Н., Харисов, Л. Р., Фазлыев, М. Р. Формирование лигатуры на основе системы Al-Tti-B электрошлаковым процессом с привлечением дисперсных отходов машиностроения // Ползуновский вестник. 2022. № 1. С. 118-125. doi: 10.25712ZASTU.2072-8921.2022.01.016.

© Сафронов, Н. Н., Харисов, Л. Р., Фазлыев, М. Р., 2022

118 ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 1 2022

Original article

ADDITION ALLOY FORMATION BASED ON THE AL-TI-B SYSTEM BY AN ELECTROSLAG PROCESS USING DISPERSED MECHANICAL ENGINEERING WASTE

Nikolay N. Safronov 1, Lenar R. Kharisov 2, Marat R. Fazliyev 3

1 2, 3 Naberezhnye Chelny Institute, Kazan (Volga Region) Federal University, Naberezhnye Chelny, Russia

1 safronov-45@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-4834-0226

2 ln271 @mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0434-0718

3 4763460@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-0245-6007

Abstract. A technological process of the manufacture of Al-Ti-B rod addition alloy by electroslag casting has been proposed and investigated. At present, in the blank production of mechanical engineering of aluminum structures, there is an acute problem of guaranteed grinding of the cast alloys structure. The Al-Ti-B addition alloy effectively copes with the solution of this problem. This addition alloy has a high modifying ability, the melt processing contributes to the formation of a fine equiaxed structure of aluminum and its alloys, what significantly increases their mechanical and casting properties. An alternative technology for producing the Al-Ti-B adittion alloy, devoid of many drawbacks of a smelting foundry technology, can be one based on the electroslag casting process to obtain compact ingots. The technological advantage of the electroslag process in the application of forming a cast billet is that the synthesis of the billet material, bringing it to a liquid state of aggregation, filling the mold with it and solidification of the synthesized material occurs continuously and simultaneously, which eliminates the many of technological redistributions inherent in traditional methods of producing a cast billet, due to the fact that these operations are separated in a smelting foundry technology. A consumable electrode is a product in the form of a rod, obtained by mouthpiece pressing a mixture of crushed raw materials. According to the proposed technology and the ratio of the initial materials in the charge composition, an experimental rod material of the Al-Ti-B addition alloy was obtained, electron-microscopic, micro-X-ray spectral studies, the stereometric structure analysis of which showed the priority interaction of titanium with boron. This circumstance determined the high quality of the modifying addition alloy, expressed in the presence in it of a predominant amount of small nucleating particles of titanium diboride.

Keywords: aluminum alloys, modification, Al-Ti-B addition alloy, nucleation, electroslag casting, dispersed mechanical engineering waste.

For citation: Safronov, N. N., Kharisov, L. R. & Fazliyev, M. R. (2022). Addition alloy formation based on the Al-Ti-B system by an electroslag process using dispersed mechanical engineering waste. Polzunovskiy vestnik, (1), 118-125. (In Russ.). doi: 10.25712/ASTU.2072-8921.2022.01.016.

ВВЕДЕНИЕ

Качественные характеристики и служебные свойства алюминиевых сплавов во многом определяются их структурой как на макро-, так и на микроуровнях. Среди множества технологических мероприятий, влияющих на структуру алюминиевых сплавов, особое место занимает модифицирование, т.е. измельчение основных структурных составляющих за счет различных воздействий на расплав, что положительно сказывается на свойствах литых изделий. Данная концепция основана на представлениях о микронеоднородном строении жидких алюминиевых сплавов. Мно-

гочисленные исследования показывают, что процессы зародышеобразования твёрдой фазы в металлических расплавах обусловлены существованием различных химических и структурных неоднородностей [1]. Традиционными модификаторами для силуминов являются различные флюсы на основе солей натрия и калия [2]. Однако они не лишены существенных недостатков с технологической и экологической точек зрения.

В настоящее время в заготовительном производстве машиностроения алюминиевых конструкций остро стоит проблема гарантированного измельчения структуры литых сплавов. С решением этой задачи эффектив-

но справляется лигатура Al-Ti-B. Данная лигатура обладает высокой модифицирующей способностью, обработка которой расплава способствует формированию тонкой равноосной структуры алюминия и его сплавов, что значительно повышает их механические и литейные свойства [3].

Основным и традиционным способом получения лигатуры Al-Ti-B является пла-вильно-литейная технология, различные варианты которой изложены в [5]. В качестве плавильного агрегата обычно используется печь сопротивления, в которой приготавливается расплав алюминия, имеющий температуру =800 °С. После снятия шлака с поверхности металла осуществляют порционное введение в расплав алюминия смеси титана с борсодержащим компонентом, перемешивание расплава и его разливку. Другой вариант приведенной технологии [4] заключается в следующем. В алюминиевый расплав сначала вводят под его уровень в несколько приемов с помощью титанового колокольчика тетрафторборат калия KBF4. Расплав выдерживают с периодическим перемешиванием в течение получаса, нагревают до температуры 900 °С и загружают титановую губку, пропитанную карналлитовым флюсом. Далее снимают с поверхности металла шлак и полученную лигатуру разливают в стальные изложницы.

Анализ особенностей плавильно-литей-ной технологии получения лигатуры Al-Ti-B позволяет сделать вывод о том, что она многостадийна, время- и энергоёмка, требует тщательную организацию процессов по подготовке шихтовых материалов, приготовлению расплавов в плавильном агрегате, разливке и кристаллизации готового продукта с привлечением сложного дорогостоящего оборудования. Указанные обстоятельства негативно сказываются на эффективности применения обсуждаемой технологии и, в конечном счете, на себестоимости продукта.

Альтернативной технологией получения лигатуры Al-Ti-B, лишённой многих недостатков плавильно-литейной, может быть таковая, основанная на процессе электрошлакового литья с получением компактных слитков. Технологическое преимущество электрошлакового процесса в приложении формирования литой заготовки заключается в том, что синтез материала заготовки, доведение его до жидкого агрегатного состояния, заполнение им литейной формы и затвердевание синтезированного материала происходит непрерывно и одновременно, что исключает массу технологических переделов, присущих

традиционным способам получения литой заготовки, в силу того, что в обычной пла-вильно-литейной технологии указанные операции разобщены. Кроме того, электрошлаковый металл отличается высоким качеством, обусловленным изоляцией металлического расплава слоем жидкого шлака и его рафинирующим воздействием на формирующийся металл в виде капель с высоко развитой поверхностью. Это обстоятельство гарантирует отсутствие таких негативных явлений, ухудшающих качество металла отливки, как загрязнение его газами, огнеупорами ковша и формовочной смесью, а при кристаллизации больших масс металла - развитие ликвации, образование усадочных и газовых раковин.

В настоящем исследовании электрошлаковое литьё лигатуры Al-Ti-B дополнено СВС-процессом, который привносит в разрабатываемую технологию ряд преимуществ: экономия энергетических затрат, создание возможности эффективного рециклирования дисперсных производственных отходов [6]. В основе указанного процесса лежит реакция (1) образования диборида титана из элементов с энергетическим эффектом -323,63 кДж/моль при 298 К [7] и AbTi из элементов (4) с энергетическим эффектом -144 кДж/моль.

Ti + 2B = TiB2; (1)

Ti + 3Al = Al3Ti, (2)

которые инициируются в режиме безгазового химического горения в присутствии третьего компонента - «растворителя», в его расплаве возможно формирование обсуждаемого продукта. Цель исследования - разработка технологического процесса получения лигатуры Al-Ti-B на основе комбинации электрошлакового литья с СВС при использовании дисперсных отходов машиностроения и получение качественного продукта.

МЕТОДЫ

Схема установка, на которой в настоящем исследовании производилось получение лигатуры Al-Ti-B, представлена на рисунке 1.

Данная установка основана на способе электрошлакового литья с переливом металла.

Этот способ предполагает разделение процессов плавки электродов (7) и кристаллизации жидкого металла (2), которые осуществляются порознь в плавильной печи (4) и литейной форме (5). Жидкий металл (3) из плавильной печи (4) поступает в форму (5) путем перелива. Металл в плавильной печи

(4) и форме (5) постоянно находится под слоем жидкого шлака (2).

В ходе процесса формирования лигатуры А1-"П-В в виде прутка (6) с квадратным се-

чением (сторона квадрата равна 10 мм) литейная форма (5) по мере ее заполнения перемещается вниз относительно неподвижной плавильной печи (4).

Рисунок 1 - Схема установки: 1 - мундштук; 2 - жидкий шлак; 3 - жидкий металл; 4 - плавильная печь; 5 - литейная форма; 6 - отливка; 7 - расходуемый электрод

Figure 1 - Equipment drawing: 1 - mouthpiece; 2 - liquid slag; 3 - liquid metal; 4 - melting furnace; 5 - casting mold; 6 - casting; 7 -- consumable electrode

Таблица 1 - Химический состав (% масс.) исходных материалов для получения лигатуры Al-Ti-B

Table 1 - Chemical composition (% wt.) of the starting materials for obtaining the Al-Ti-B master alloy

Алюминиевый литейный сплав марки АК7

Al

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Zn

Ni

88,9

7,7

0,9

1,4

0,4

0,3

0,2

0,2

Технический титан марки ВТ1-00

Ti

Fe

C

Si

N

O

H

99,69

0,10

0,03

0,07

0,03

0,08

0,004

Аморфный бор марки А

Mg

Si

Fe

Влага

93,5

3,6

0,1

0,6

0,2

B

Основным материалом, из которого изготавливается экспериментальная установка (мундштук (1), плавильная печь (4), литейная форма (5), является графит. Материалом жидкого шлака (2) служила смесь солей KCl, MgCl2, LiF, MgF2 в следующем массовом соотношении между собой: 30:30:30:10.

Исходными материалами для получения лигатуры Al-Ti-B служили стружечные отходы алюминиевого сплава аналогичной марки, подвергаемой модифицированию указанной лигатурой, а именно: АК7, технического титана марки ВТ1-00 и аморфный бор марки А. Химический состав перечисленных выше материалов приведен в таблице 1.

Приведенные в таблице 1 шихтовые материалы подвергаются сушке при температуре 250 °С, измельчению, смешиванию и ком-пактированию. Для диспергирования стружечных отходов использовалась шаровая мельница, работающая в скоростном режиме вращения, соответствующем 0,75-0,80 от критической, когда шары внутри мельницы, совершая круговые движения, вращаются вместе с ее барабаном. Полученные порошки алюминиевого сплава АК7 и технического титана марки ВТ1-00 просеивались на системе сит 0045-05 (ГОСТ 3584-73) с целью получения размера фракции < 50 мкм.

Далее приготавливалась смесь порошкообразных компонентов (таблица 1), которая формировалась в шаровой мельнице, работающей в скоростном режиме вращения, соответствующем 0,5-0,6 от критической. Для осуществления указанной технологической операции необходимо определиться с массовым соотношением компонентов шихты. Известно [8], что в лигатуре Al-Ti-B формируются следующие зародышеобразующие частицы: TiB2, AbTi, AlB2, (AlTi)B2, среди которых наибольшей способностью к измельчению зерна модифицируемого алюминиевого сплава обладают частицы первого и последнего видов. Характерной особенностью указанных частиц является то, что атомное соотношение Ti и B одинаково 1 : 2. Очевидно, именно это соотношение в лигатуре является залогом наибольшего содержания в ней эффективных зародышеобразующих частиц. В этой связи нами, несмотря на рекомендуемые ГОСТ 53777-2010 составы лигатур, массовое соотношение смешиваемых порошкообразных компонентов (таблица 1) было принято на основе предыдущих рассуждений следующим: сплав АК7 : технический титана марки ВТ1-00 : аморфный бор марки А = 97 : 2 : 1.

Поскольку по завершению смешивания порошковых шихтовых компонентов предпо-

лагается компактирование смеси, то для облегчения процесса смешивания и последующего прессования смеси в отмеченную выше субстанцию вводится технологическая присадка - пластификатор на глицериновой основе в количестве 3,5 мас. % по отношению к порошковой субстанции. Полученная таким образом пластифицированная шихтовая смесь тщательно высушивается и направляется на мундштучное прессование, в результате которого получается равноплотное изделие в виде прутка диаметром 10 мм и длиной 500 мм. Процесс осуществляется при степени обжатия материала, равной 93 %. Данное изделие является расходуемым электродом (7), который подаётся в шлаковую ванну (2) плавильной печи (4) через мундштук (1). Шихтовая композиция расходуемого электрода (7) посредством качественного и количественного соотношения компонентов обуславливает синтез лигатуры А1-^-В требуемого состава.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В настоящей работе приводятся результаты по опробованию экспериментальной установки (рисунок 1) на предмет получения лигатуры А1-^-В в виде прутка длиной 50 см. Исходные материалы, технология предварительной их подготовки, соотношение компонентов в порошковой смеси соответствуют выше описанному. Полученный расходуемый электрод подвергался электрошлаковому процессу со следующими электрическими параметрами: ток, протекающий в шлаковой ванне, 410 А, падение напряжения в шлаковой ванне 31 В. Глубину шлаковой ванны поддерживали на уровне 45 мм, а скорость поступательного движения электрода 35 м/ч. Электропитание постоянным током экспериментальной установки осуществлялось сварочным преобразователем ПСГ-500 с генератором ГСГ-500, имеющим жесткую характеристику.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Полученная прутковая лигатура А!-^^ на экспериментальной установке технологией электрошлакового литья с использованием дисперсных отходов машиностроения подвергалась металлографическому исследованию. Известные составы лигатур А!-^^ [4] характеризуются наличием в структуре заро-дышеобразующих включений АЬД AlB2, имеющих размер 10^50 мкм и более (в отдельных случаях до 100 мкм), а также более мелких (^2, ^Ш^) с размером частиц 1^3 мкм. В отношении измельчения структуры алюминия и его сплавов при модифицировании обсуждаемой лигатурой максимальный эффект этой технологической операции

обеспечивается наиболее мелкими кристаллами (ПВ2, ^П^). Приоритетность последних кристаллов, как модификаторов, обусловлена не только малым их размером, что является залогом создания большого количества центров кристаллизации модифицируемого алюминиевого расплава, но и тем обстоятельством, что они практически не растворяются в нём. Напротив, алюминид титана AlзTi растворяется в жидком алюминиевом расплаве со скоростью и полнотой растворения, определяемым температурой модифицируемого расплава, размерами кристаллов AlзTi и временем от момента введения лигатуры в расплав до кристаллизации металла. На основе приведенных выше рассуждений следует вывод о том, что модифицирующая способность лигатуры А1-^-В тем выше, чем больше в ней содержание мелких кристаллов т и (АШ)В2 и соответственно меньше кристаллов АЬТ и А1В2.

С целью идентификации имеющихся в опытной прутковой лигатуре А1-^-В интерме-таллидных частиц были проведены электронно-микроскопические и микрорентгено-спектральные исследования. На рисунке 2 представлено типичное электронное изображение структуры лигатуры, которое свидетельствует о наличии большого количества мелких интерметаллидных частиц, равномерно распределённых по объёму лигатуры.

Рисунок 2 - Электронное изображение структуры опытной лигатуры Al-Ti-B

Figure 2 - Electronic image of the structure of the experimental Al-Ti-B ligature

На этом же рисунке обозначены ряд частиц, расшифровка спектров, которых по соотношению элементов представлена в таблице 2.

Электронно-микроскопический и микро-рентгеноспектральный анализ частиц опытной лигатуры Al-Ti-B позволил идентифицировать

их на предмет соответствия интерметаллидам. Спектры частиц 1, 4, 5 имеют атомный состав, в котором соотношение элементов соответствует фазе Al3Ti. Остальные спектры позволяют заключить о наличии связи между титаном и бором, соответствующей интерметаллидным соединениям TiB2 и (AITi)B2.

Таблица 2 - Результаты электронно-микроскопические и микрорентгеноспек-тральные анализа опытной лигатуры Al-Ti-B

Table 2 - The results of electron microscopic and micro X-ray spectral analysis of the experimental Al-Ti-B ligature

Спектр Содержание элементов, % ат

B Al Si Ti

1 75,14 0,63 24,23

2 65,97 15,42 0,37 18,24

3 66,41 5,86 0,24 27,49

4 72,76 1,55 25,69

5 74,50 0,70 24,80

6 67,51 4,83 0,68 26,98

Присутствующий в лигатуре титан образует интерметаллидные соединения с алюминием и бором. Выше было указано, что предпочтением обладает последняя связь, ввиду большей дисперсности зародышеобра-зующих частиц. Поэтому качество модифицирующей лигатуры во многом определяется величиной соотношения атомов титана, связанных с бором и алюминием. В настоящем исследовании для оценки качества опытного лигатурного материала А1-^-В был проведен стереометрический анализ его структуры. На рисунках 3 и 4 представлены гистограммы распределения частиц по их размеру, в которых титан связан с алюминием и бором соответственно.

Раэмер1

Рисунок 3 - Гистограмма распределения частиц по их размеру, в которых титан связан с алюминием

Figure 3 - Histogram of particle size distribution, in which titanium is bonded to aluminum

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Размер частиц, мкм

Рисунок 4 - Гистограмма распределения частиц по их размеру, в которых титан связан с бором

Figure 4 - Histogram of particle size distribution, in which titanium is associated with boron

ОБСУЖДЕНИЕ

Обработка данных стереометрического анализа структуры показала, что средневзвешенный размер частиц, в которых титан связан с алюминием, равен 44,2 мкм. Частицы, в которых титан связан с бором, на порядок меньше по размеру, средневзвешенное значение которого составляет 1,9 мкм. Таким образом, предлагаемая электрошлаковая технология литья прутковой лигатуры Al-Ti-B из шихты, основанной на использовании дисперсных отходов машиностроения с указанным выше соотношением её компонентов, создаёт предпосылки к приоритетному взаимодействию титана с бором и, как следствие, получением в структуре большого количества мелких зародышеобразующих частиц. Стереометрический анализ структуры опытного лигатурного материала Al-Ti-B позволил оценить молярное соотношения титанов, связанных с алюминием и бором. Оно оказалось равным 17,3:82,7.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложен и исследован технологический процесс изготовления прутковой лигатуры Al-Ti-B электрошлаковым литьём. В качестве исходных материалов использовались стружечные отходы алюминиевого сплава марки АК7, технического титана марки ВТ1 -00 и аморфный бор марки А. Расходуемым электродом является изделие в виде прутка, полученное мундштучным прессованием смеси измельчённых исходных материалов в массовом соотношении АК7 : ВТ1 -00 : аморфный бор = 97 : 2 : 1. По предложенной технологии и соотношении исходных материалов в шихтовой композиции получен опыт-

ный прутковый материал лигатуры А1-ТнВ, электронно-микроскопические, микрорентге-носпектральные исследования, стереометрический анализ, структуры которого показали приоритетное взаимодействие титана с бором. Это обстоятельство обусловило высокое качество модифицирующей лигатуры, выразившееся наличием в ней преобладающего количества мелких зародышеобразующих частиц диборида титана, средневзвешенный размер которых составил 1,9 мкм.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александров В.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов : учеб. пособие. Часть 1. Материаловедение. Стандарт третьего поколения / В.М. Александров. Архангельск : Северный (Арктический) федеральный университет, 2015. 327 с.

2. Никитин К.В. Модифицирование и комплексная обработка силуминов : учеб. пособие / К.В. Никитин. 2-е изд., перераб. и доп. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2016. - 92 с.

3. Бакулин, Д.В. Влияние модифицирующей лигатуры А1-Т1-В на алюминиевые сплавы // Евразийский Научный Журнал. 2020. № 5. Рубрика : Технические науки.

4. Лигатура алюминий-титан-бор: патент на изобретение RU 2 644 221 С1, МПК С22С 21/00 (2006.01), С22С 1/03 (2006.01) / Б.П. Куликов, П.В. Поляков, В.Ф. Фролов, А.И. Безруких; заявитель и патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью «Безотходные и малоотходные технологии» (ООО «БМТ») ^и). № 2016152034; заявл. 27.12.2016; опубл. 08.02.2018, бюл. № 4.

5. Попов Д.А., Огородов Д.В., Трапезников, А.В. Альтернативные источники борсодержа-щего сырья для производства лигатуры А1-В (обзор) // Труды ВИАМ. 2015. №10. С. 41-47.

6. Манашев И.Р., Гаврилова Т.О., Шато-хин И.М., Зиатдинов М.Х., Леонтьев Л.И. Утилизация дисперсных отходов ферросплавного производства на базе металлургического СВС-процесса. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2020; 63(8):591-599. https://doi.org/ 10.17073/0368-0797-2020-8-591-599.

7. Крутский Ю.Л., Черкасова Н.Ю., Гудыма Т.С., Нецкина О.В., Крутская Т.М. Дибориды некоторых переходных металлов: свойства, области применения и методы получения. Часть 1. Дибориды титана и ванадия (обзор) // Известия вузов. Черная металлургия. 2021. Т. 64. № 2. С. 149-164. https://d0i.0rg/10.17073/0368-0797-2021-2-149-164.

8 Способ получения прутковой лигатуры алюминий-титан-бор: патент на изобретение RU 2 110 597 С1, МПК С22С1/03 / Шпаков В.И., Севрю-ков В.С., Галиева Л.В., Нощик А.И., Трифоненков Л.П., Иванова Н.В., Разумкин В.С., Никитин В.М.; заявитель: Акционерное общество "Красноярский металлургический завод". № 96112349/02, заявл. 17.06.1996; опубл. 20.06.1998.

Информация об авторах

H. Н. Сафронов - доктор технических наук, профессор кафедры «Машиностроения» Набережночелнинского института Казанского (Приволжского) Федерального университета.

Л. Р. Харисов - кандидат технических наук, доцент кафедры «Машиностроения» Набережночелнинского института Казанского (Приволжского) Федерального университета.

М. Р. Фазлыев - аспирант кафедры «Машиностроения» Набережночелнинского института Казанского (Приволжского) Федерального университета.

REFERENCES

I. Aleksandrov, V.M. (2015). Materials science and technology of construction materials. Tutorial. Part 1. Materials science. Third generation standard. Arkhangelsk: Northern (Arctic) Federal University. (In Russ.).

2. Nikitin, K.V. (2016). Modification and complex processing of silumins: tutorial. Samara: Samar. state tech. un-t. (In Russ.).

3. Bakulin, D.V. (2020). Eurasian Scientific Journal. Heading: Technical sciences. (In Russ.).

4. Kulikov, B.P., Polyakov, P.V., Bezrukikh, V.F. & Frolov, A.I. (2018). Aluminum-titanium-boron ligature. Pat. 2644221 C1. Russian Federation, published on 08.02.2018. Bull. No. 4. (In Russ.).

5. Popov, D.A., Ogorodov, D.V. & Trapezni-kov, A.V. (2015). Alternative sources of boron-

containing raw materials for the production of Al-B ligatures (review). Proceedings of VIAM, (10), 41-47. (In Russ.).

6. Manashev, I.R., Gavrilova, T.O., Shato-khin, I.M., Ziatdinov, M.Kh. & Leontiev, L.I. (2020). Proceedings of Higher Educational Institutions. Ferrous metallurgy. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-8-591-599.

7. Krutskiy, Yu.L., Cherkasova, N.Yu., Gudy-ma, T.S., Netskina, O.V. & Krutskaya, T.M. (2021). Izvestiya vuzov. Ferrous metallurgy. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-2-149-164.

8. Shpakov, V.I., Sevryukov, V.S., Galieva, L.V., Noschik, A.I., Trifonenkov, L.P., Ivanova, N.V., Razumkin, V.S. & Nikitin, V.M. (1998). Method of producing rod alloy aluminum-titanium-boron: patent for invention. Pat. 2110597C1. Russian Federation, published on 20.06.1998. Bull. No. 96112349/02. (In Russ.).

Information about the authors

N. N. Safronov - Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Mechanical Engineering, Naberezhnye Chelny Institute, Kazan (Volga Region) Federal University.

L. R. Kharisov - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering, Naberezhnye Chelny Institute, Kazan (Volga Region) Federal University.

M. R. Fazliyev - post-graduate student of the Department of Mechanical Engineering, Naberezhnye Chelny Institute, Kazan (Volga Region) Federal University.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. The authors declare that there is no conflict of interest.

Статья поступила в редакцию 31.01.2021; одобрена после рецензирования 25.02.2022; принята к публикации 28.02.2022.

The article was received by the editorial board on 31 Jan 21; approved after reviewing on 25 Feb 22; accepted for publication on 28 Feb 22.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.