НИТУ «МИСиС», кафедра обработки металлов давлением, Москва, Россия:

В. В. Дорошенко, инженер, младший научный сотрудник лаборатории катализа и переработки углеводородов, канд. техн. наук, эл. почта: v.doroshenko@mail.ru
Е. А. Наумова, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: jan73@mail.ru
М. А. Барыкин, инженер, эл. почта: mr.barykin97.97@mail.ru
А. Н. Кошмин, инженер 1-й категории, эл. почта: koshmin.an@misis.ru

Представлены результаты исследований литейных свойств алюминиево-кальциевых сплавов в сравнении с известными силуминами. Сплавы готовили в электропечи сопротивления на основе чистых компонентов и лигатур. Заливку осуществляли при температурах 700 и 780 ^oC для силуминов и алюминиево-кальциевых сплавов соответственно, получая плоские слитки для последующего переплава и литья проб. Все пробы заливали с одинаковым перегревом над температурой ликвидуса 100 ^oC. Показано, что по жидкотекучести, горячеломкости и формозаполняемости сплавы с кальцием (как эвтектический, так и заэвтектический) не уступают широко применяемым силуминам. Впервые были определены параметры затрудненной усадки по Т-образной пробе алюминиево-кальциевых сплавов в сравнении с силуминами. Показано, что сплавы эвтектического состава имеют сопоставимые значения линейной усадки с эвтектическими силуминами, а усадка заэвтектического сплава Al – 6 % Ca – 3 %Mn превышает усадку заэвтектического силумина АК18 в 1,5 раза (1,5 и 1 % соответственно). Установлена высокая деформационная пластичность при горячей и холодной прокатке заэвтектического сплава Al₆Ca₃Mn. Общая степень обжатия после применения обоих способов прокатки превысила 95 %. Первичные кристаллы сохранили компактный размер и форму. Установлено, что прочностные свойства холоднокатаных листов из заэвтектического сплава Al₆Ca₃Mn соответствуют значениям прочности промышленного алюминиевого сплава АД31, что позволяет считать его перспективным в тех отраслях, где необходимо сочетание высокой технологичности с пониженными тепло- и электропроводностью.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 20-19-00746.

1. Мягков Л. Л., Сивачев С. М., Гусев М. П. Экспериментальное определение коэффициентов в моделях пластичности и ползучести поршневого сплава // Двигателестроение. 2020. № 1. С. 10–15.
2. Röhrle M. D. Pistons for Internal Combustion Engines. — Verlag Moderne Industrie, 1995.
3. Официальный сайт Объединения производителей, поставщиков и потребителей алюминия. URL: https://www.aluminas.ru/ (дата обращения: 29.12.2021).
4. Graf A. Aluminum alloys for lightweight automotive structures // Materials, Design and Manufacturing for Lightweight Vehicles (2^nd ed.). 2021. P. 97–123. DOI: 10.1016/B978-0-12-818712-8.00003-3.
5. Золоторевский В. С., Белов Н. А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. — М. : МИСиС, 2005. — 374 с.
6. Белов Н. А., Белов В. Д., Савченко С. В., Самошина М. Е., Чернов В. А. и др. Поршневые силумины / под. ред. Н. А. Белова. — М. : Руда и Металлы, 2011. — 248 с.
7. Jorstad J., Apelian D. Hypereutectic Al – Si Alloys: Practical Casting Considerations // Inter Metalcast. 2009. Vol. 3. P. 13–36.
8. Zhang H.-H., Duan H., Shao G., Xu L. Microstructure and mechanical properties of hypereutectic Al – Si alloy modified with Cu – P // Rare Metals. 2008. Vol. 27, Iss. 1. P. 59–63.
9. Shamsuzzoha M., Juretzko F. R., Haque A. Development of high-strength hypereutectic Al-Si alloys by nanorefining the contituent Si-phases // Aluminum Alloys: Fabrication, Characlterization and Application (TMS, The Minerals, Metals & Materials Society). 2008. P. 207–211.
10. Немененок Б. М. Теория и практика комплексного модифицирования силуминов. — Минск : Технопринт, 1999. — 272 с.
11. Shamsuzzoha M., Nasrac L., Berry J. Nano-Refinement of Eutectic and Primary Silicon Fibers in Al – Si Alloys for High Strength Structural Applications // AFS Transactions. 2012. P. 179–186.
12. Волочко А. Т., Комаров А. И., Комарова В. И., Изобелло А. Ю. Модифицирующее воздействие субмикронного диоксида кремния, структурированного наночастицами бора и титана, на процесс формирования микроструктуры и свойств поршневого сплава // Весці НАН Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. 2010. № 2. С. 11–19.
13. Прудников А. Н. Технология производства, структура и свойства поршней двигателей из заэвтектического деформируемого силумина // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2009. № 5. С. 45–47.
14. Эскин Г. И., Пименов Ю. П. Получение деформированных полуфабрикатов из заэвтектических силуминов // Технология легких сплавов. 1996. № 2. С. 51–55.
15. Прудников А. Н. Поршневые деформируемые заэв тектические силумины // Технология металлов. 2014. № 2. С. 8–11.
16. Прудников А. Н. Воздействие деформации на структуру и свойства силумина // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2017. № 3. С. 11–17.
17. Белов Н. А., Наумова Е. А., Акопян Т. К. Эвтектические сплавы на основе алюминия: новые системы легирования. — М. : Руда и Металлы, 2016. — 256 с.
18. Naumova E. A. Use of Calcium in Alloys: From Modifying to Alloying // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2018. Vol. 59. No. 3. P. 284–298.
19. Kevorkov D., Schmid-Fetzer R. The Al – Ca system. Pt. 1: Experimental investigation of phase equilibria and crystal structures // Z. Metallkd. 2001. Bd. 92(8). S. 946–952.
20. Белов Н. А., Наумова Е. А., Илюхин В. Д., Дорошенко В. В. Структура и механические свойства отливок сплава Al – 6 % Ca – 1 % Fe полученных литьем под давлением // Цветные металлы. 2017. № 3. С. 69–75. DOI: 10.17580/tsm.2017.03.11.
21. Belov N. A., Doroshenko V. V., Batyshev K. A. Microstructure and phase composition of the eutectic Al – Ca alloy, additionally alloyed with small additives of zirconium, scandium and manganese // Non-ferrous Metals. 2017. No. 2. Р. 49–54. DOI: 10.17580/nfm.2017.02.09.
22. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства сплавов / пер. с англ. — М. : Металлургия, 1979. — 640 с.
23. Belov N. A., Naumova E. A., Doroshenko V. V., Bazlova E. A. Effect of scandium on the phase composition and hardening of casting aluminum alloys of the Al – Ca – Si system // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2016. Vol. 57. Р. 695–702.
24. Naumova E., Doroshenko V., Barykin M., Sviridova T., Lyasnikova A. et al. Hypereutectic Al – Ca – Mn – (Mi) alloys as natural eutectic composites // Metals. 2021. Vol. 11. P. 890.
25. Наумова Е. А., Петров М. А., Степанов Б. А., Васильева Е. С. Штамповка с кручением заготовки из Al – Ca-сплава с высоким содержанием интерметаллида Al4Ca // Цветные металлы. 2019. № 1. С. 66–71. DOI: 10.17580/tsm.2019.01.10.
26. Naumova E. A., Rogachev S. O., Sundeev R. V. Effect of severe plastic deformations on structure features and mechanical behavior of Al4Ca intermetallic in Al – 18 % Ca alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2021. Vol. 854. Р. 157117.
27. ГОСТ 11069–2001. Алюминий первичный. Марки. — Введ. 01.01.2003.
28. ГОСТ 2169–69. Кремний технический. Технические условия. — Введ. 01.07.1970.
29. ГОСТ Р 53777–2010. Лигатуры алюминиевые. Технические условия. — Введ. 01.07.2010.
30. Официальный сайт Thermo-Calc Software / База данных для расчета фазовых диаграмм. URL: https://thermocalc.com (дата обращения: 29.12.2021).

31. Золоторевский В. С., Поздняков А. В., Канакиди Я. Ю. О связи полного и эффективного интервалов кристаллизации с горячеломкостью многокомпонентных сплавов на основе алюминия // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2012. № 5. С. 57–62.
32. Пикунов М. В. Плавка металлов. Кристаллизация сплавов. Затвердевание отливок : учеб. пособие для вузов. — М. : МИСиС, 1997. — 376 с.