Journals →  Цветные металлы →  2022 →  #8 →  Back

Материаловедение
ArticleName Совершенствование пробоотбора расплава для анализа на содержание водорода с применением компьютерного моделирования
DOI 10.17580/tsm.2022.08.09
ArticleAuthor Партыко Е. Г., Косович А. А., Деев В. Б., Беляев С. В.
ArticleAuthorData

Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия:

Е. Г. Партыко, младший научный сотрудник лаборатории «Физикохимия металлургических процессов и материалов, эл. почта: elforion@mail.ru
А. А. Косович, старший научный сотрудник лаборатории «Физикохимия металлургических процессов и материалов, канд. техн. наук, эл. почта: akosovich@sfu-kras.ru
С. В. Беляев, заведующий кафедрой «Литейное производство», докт. техн. наук, профессор, эл. почта: 244812@mail.ru

 

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:

В. Б. Деев, профессор кафедры «Обработка металлов давлением», главный научный сотрудник лаборатории «Ультрамелкозернистые металлические материалы», докт. техн. наук, эл. почта: deev.vb@mail.ru

Abstract

Исследование выполнено на установке полунепрерывного литья слитков в условиях Сибирского федерального университета. Приведены сравнительные результаты компьютерного моделирования процесса кристаллизации расплава состава АК12 в программном продукте PoligonSoft. Представлен новый оригинальный кокиль для отбора проб жидкого алюминия и его сплавов для анализа на содержание водорода, отличающийся увеличенной площадью поверхности и стенками, выполненными в виде радиатора, для более эффективного отвода тепла. Показано, что в серийно используемом кокиле Ренсли время кристаллизации расплава составляет 14 с при скорости кристаллизации металла в интервале от температуры заливки до температуры солидуса 15 oC/с, а в модер ни зи рованном кокиле эти показатели составили 12 с и 17,5 oC/с соответственно. Проведено сопоставление результатов анализа на растворенный в алюминиевом сплаве водород, полученных как с помощью существующей методики пробоотбора в кокиле Ренсли, так и в модернизированной изложнице. Было установлено, что концентрация водорода в пробах, отобранных в кокиль Ренсли, меньше в среднем на 0,01 см3/100 г Al, чем в полученных с использованием модернизированной изложницы. На основании результатов исследования был сделан вывод, что предложенная конструкция кокиля обеспечивает дополнительное преимущество при отборе проб жидкого металла и позволяет более точно определять концентрацию растворенного водорода в расплаве алюминиевого сплава.

Работа выполнена в рамках государственного задания на науку ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», номер проекта FSRZ-2020-0013.

keywords Aлюминий, газовые примеси, газонасыщение, отбор проб, изложница, водород, оборудование, оснастка, моделирование, PoligonSoft
References

1. Han Q., Viswanathan S. Hydrogen evolution during directional solidification and its effect on porosity formation in aluminum alloys // Metall. Mater. Trans. A. 2002. Vol. 33. P. 2067–2072. DOI: 10.1007/s11661-002-0038-0.
2. Zolotorevsky V. S., Belov N. A., Glazoff M. V. Casting aluminum alloys. — Amsterdam : Elsevier, 2007. — 530 p.
3. Котлярский Ф. М. Водород в алюминиевых сплавах и отливках.— Одесса : Освита Украины, 2011. — 204 с.
4. Weingarten C., Buchbinder D., Pirch N. et al. Formation and reduction of hydrogen porosity during selective laser melting of AlSi10Mg // J. of Mater. Proc. Techn. 2015. Vol. 221. P. 112–120. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2015.02.013.
5. Солонинин А. В., Скрипов А. В., Бузлуков А. Л. и др. Водород в интерметаллическом соединении TiAl: исследование методом ЯМР // Физика металлов и металловедение. 2017. Т. 118, № 2. С. 193–199. DOI: 10.7868/S0015323017020139.
6. Zhang Q., Wang T., Yao Z., Zhu M. Modeling of hydrogen porosity formation during solidification of dendrites and irregular eutectics in Al–Si alloys // Materialia. 2018. Vol. 4. P. 211–220. DOI: 10.1016/j.mtla.2018.09.030.
7. Liu B., Wang C., Mi G. et al. Oxygen content and morphology of laser cleaned 5083 aluminum alloy and its influences on weld porosity // Optics & Laser Techn. 2021. Vol. 140. DOI: 10.1016/j.optlastec.2021.107031.
8. Partyko E. G., Gubanova M. I., Tolkachyova D. V., Deev V. B. Influence of the shape of hydrogen-containing inclusions on the intergranular corrosion process of the Al – Si alloy system // Nonferrous metals. 2018. No. 2. Р. 16–21. DOI: 10.17580/nfm.2018.02.03.
9. Баранов В. Н., Деев В. Б., Партыко Е. Г. и др. Влияние атомарного и молекулярного водорода в расплаве силуминов на их механические свойства // Металлург. 2019. № 5. С. 81–86.
10. Carlson K. D., Lin Z., Beckermann C. Modeling the effect of finite-rate hydrogen diffusion on porosity formation in aluminum alloys // Metall. Mater. Trans. B. 2007. Vol. 38. P. 541–555. DOI: 10.1007/s11663-006-9013-2.
11. Wang H., Fu G., Cheng C. et al. Molecular mechanics and dynamics simulation of hydrogen diffusion in aluminum melt // China Foundry. 2017. Vol. 14, No. 6. P. 478–484.
12. Индейцев Д. А., Осипова Е. В. Формирование поверхностного слоя водорода в чистом алюминии // Доклады академии наук. 2019. Т. 484, № 1. С. 56–60.
13. Zhao H., Chakraborty P., Ponge D. et al. Hydrogen trapping and embrittlement in high-strength Al alloys // Nature. 2022. Vol. 602. P. 437–441. DOI: 10.1038/s41586-021-04343-z.
14. Курдюмов А. В., Белов В. Д., Пикунов М. В. и др. Производство отливок из сплавов цветных металлов : учебник / под ред. В. Д. Белова. — М. : Изд. Дом МИСиС, 2011. — 615 с.
15. Баранов В. Н., Куликов Б. П., Партыко Е. Г., Косович А. А. Влияние легирующих, модифицирующих и флюсовых добавок на насыщение алюминия водородом // Цветные металлы. 2021. № 7. С. 45–51. DOI: 10.17580/tsm.2021.07.05.
16. Dybalska A., Caden A., Griffiths W. D. et al. Enhancement of mechanical properties of pure aluminium through contactless melt sonicating treatment // Materials. 2021. Vol. 14, No. 16. DOI: 10.3390/ma14164479.
17. Hu Y., Jiang R., Li X., Hu R. Effect of ultrasonic-assisted casting on the hydrogen and lithium content of Al – Li alloy // Materials. 2022. Vol. 15, No. 3. DOI: 10.3390/ma15031081.

18. Механик Е. А., Растегаева Г. Ю. Разработка методики определения массовой доли поверхностного и растворенного водорода в алюминии и низколегированных алюминиевых сплавах методом нагрева в токе инертного газа аргона // Труды ВИАМ. 2015. Т. 11, № 8. DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-11-8-8.
19. ГОСТ Р 50965–96. Алюминий и сплавы алюминиевые. Метод определения водорода в твердом металле ; введ. 01.07.1997.
20. Система компьютерного моделирования литейных процессов «ПолигонСофт». — URL: http://www.poligonsoft.ru/poligonsoft/ (дата обращения: 09.03.2022).
21. ГОСТ 1583–93. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия ; введ. 01.01.1997.
22. ГОСТ Р 53777–2010. Лигатуры алюминиевые. Технические условия ; введ. 01.07.2010.
23. ТУ 2114-001-99420244–2016. Аргон газообразный высокой чистоты ; введ. 2016.

Language of full-text russian
Full content Buy
Back