Федеральный центр науки и высоких технологий «Специальное научно-производственное объединение
«Элерон», Москва, Россия:

С. М. Меркулова, инженер-конструктор, эл. почта: sveta.merkulova.68@mail.ru

ОАО «Всероссийский институт легких сплавов» (ВИЛС), Москва, Россия:
С. Г. Бочвар, ведущий инженер

Исследовано влияние внепечной обработки с применением ультразвуковой обработки и модифицирующих прутков систем Al – Ti – B и Al – Ti – C на размер зерна слитков алюминия технической чистоты марки А7 и высокой чистоты марки А99. Показано, что применение ультразвуковой обработки потока расплава с использованием лигатуры, содержащей активные частицы зарождения, позволяет существенно уменьшить размер зерна алюминия. Так, внепечная обработка потока расплава алюминия марки А7 позволила уменьшить размер зерна с 500 до 90 мкм (зерно близко к недендритному) при введении в зону развитой кавитации модифицирующего прутка производства компании «Кавекки» состава Al – 5 % Ti – 1 % B из расчета дополнительного введения 0,055 % Ti. Для алюминия марки А99 размер дендритного зерна снизился с >2000 до 165 мкм при введении модифицирующего прутка производства ВИЛС состава Al – 1,4 % Ti – 0,15 % С без кавитационной обработки потока расплава, а с применением ультразвуковой обработки потока расплава и при введении модифицирующего прутка этого состава (введено 0,1 % Ti) — до 130 мкм. При введении дополнительных центров зарождения из модифицирующего прутка системы Al – Ti такого значимого эффекта не было, хотя размер зерна снизился в ~6 раз. Комплексное внепечное модифицирование малолегированного сплава АД31, не содержащего циркония, позволило получить в слитках диаметром 60 мм недендритную структуру со средним размером зерна 60 мкм. Показано, что современные ультразвуковые генераторы способны устойчиво работать при промышленных температурах литья практически всех алюминиевых сплавов. При этом параметры акустической обработки, такие как частота, мощность и амплитуда, не меняются в течение длительного времени, сопоставимого со временем литья промышленных слитков диаметром до 300 мм и длиной до 1,5 м. Формирование устойчивой кавитационной области в расплаве вблизи работающего источника ультразвука возможно в том случае, когда амплитуда колебаний инструмента-излучателя превышает 10 мкм на частоте 18–22 кГц.

1. Бродова И. Г. Исходные расплавы как основа формирования структуры и свойств алюминиевых сплавов. — Екатеринбург : УрО РАН, 2005. — 369 с.
2. Гецелев З. Н., Балахонцев Г. А., Квасов Ф. И. и др. Непрерывное литье в электромагнитный кристаллизатор. — М. : Металлургия, 1983. — 152 с.
3. Попов А. В., Колосов В. М. Управление служебными свойствами конструкционных материалов / Сб. науч. тр. «Обработка и применение новых конструкционных материалов». — Куйбышев : КПтИ–КУАИ, 1980. С. 5–12.
4. Рохлин Л. Л., Бочвар Н. Р., Тарытина И. Е. Влияние скандия совместно с цирконием на структуру и прочностные свойства сплавов на основе системы Al – Mg2Si // Металлы. 2015. № 5. С. 60–66.
5. Pengfei X., Gao B., Yanxin Z., Kaihua L., Ganfeng T. Effect of erbium on properties and microstructure of Al – Si eutectic alloy // Journal of Rare Earths. 2010. Vol. 28, No. 6. Р. 927–930.
6. Vo N. Q., Dunand D. C., Seidman D. N. Improving aging and creep resistance in a dilute Al – Sc alloy by microalloying with Si, Zr and Er // Acta Materialia. 2014. Vol. 63. P. 73–85.
7. Van Dalen M. E., Dunand D. C., Seidman D. N. Microstructural evolution and creep properties of precipitation-strehgthened Al – 0.06Sc – 0.02Yb (at. %) alloy // Acta Materialia. 2011. Vol. 59. P. 5224–5237.
8. Booth-Morrison C., Dunand D. C., Seidman D. N. Coarsening resistance at 400 оC of precipitation-strengthened Al – Zr – Sc – Er alloys // Acta Materialia. 2011. Vol. 59. P. 7029–7042.
9. Филатов Ю. А. Алюминиевые сплавы системы Al – Mg – Sc для космической техники // Технология легких сплавов. 2013. № 4. С. 61–65.
10. Meng Yi, Zhao Zhi-Hao, Cui Jian-Zhong. Effect of minor Zr and Sc on microstructures and mechanical properties of Al – Mg – Si – Cu – Cr – V alloys // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2013. Vol. 23. P. 1882–1889.
11. Рохлин Л. Л., Бочвар Н. Р., Суханов А. В., Леонова Н. П. Исследование кинетики распада пересыщенного твердого раствора в сплавах Al – Mg2Si с добавками скандия, циркония и гафния // Металлы. 2014. № 2. С. 67–72.
12. Захаров В. В., Фисенко И. А. Об экономии скандия при легировании им алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. 2013. № 4. С. 52–60.
13. Захаров В. В., Фисенко И. А. О возможности создания экономнолегированных скандием алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. 2015. № 4. С. 40–44.
14. Макаров Г. С. Слитки из алюминиевых сплавов с магнием и кремнием для прессования. — М. : Интермет Инжиниринг, 2011. — 528 с.
15. McKay D. J., Nunner G., Geier G. F., Schumacher P. Impurities in Al – 5Ti – B grain refiner rod // International Journal of Cast Metals Research. 2009. Vol. 22, No. 1–4. P. 212–215.

16. Эскин Г. И., Бочвар С. Г., Ялфимов В. И. К вопросу о формировании недендритной структуры в слитках алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. 2010. № 1. С. 38–43.
17. Эскин Г. И. К условиям формирования недендритной структуры в слитках и гранулах легких и жаропрочных никелевых сплавов // Технология легких сплавов. 2013. № 4. С. 147–159.
18. Эскин Г. И. Ультразвуковая обработка расплавленного алюминия. — М. : Металлургия, 1988. — 232 с.
19. Eskin G. I. Ultrasonic treatment of light alloy metals. — Amsterdam : Gordon-Breach Sci. Publish, 1998. — 334 р.
20. ГОСТ 11069–2001. Алюминий первичный. Марки. — Введ. 2003–01–01.
21. ГОСТ 4784–97. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. — Введ. 2000–07–01.
22. Бочвар С. Г. Новая концепция предельного измельчения структуры слитков алюминиевых сплавов в процессе непрерывного литья за счет внепечного комплексного модифицирования расплава // Технология легких сплавов. 2011. № 1. С. 12–21.
23. Эскин Г. И., Рухман А. А., Бочвар С. Г., Ялфимов В. И., Коновалов Д. В. Новое в технике ультразвуковой обработки расплава легких сплавов // Цветные металлы. 2008. № 3. С. 105–110.