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

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.

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.