Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия

А. В. Аборкин, доцент кафедры технологии машиностроения, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: aborkin@vlsu.ru
Е. С. Прусов, доцент кафедры технологии функциональных и конструкционных материалов, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: eprusov@mail.ru

В. В. Рябкова, младший научный сотрудник, эл. почта: vvryabkova@mail.ru

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия¹ ; Уханьский текстильный университет, Ухань, Китай² ; НИТУ МИСИС, Москва, Россия³

В. Б. Деев*, профессор факультета машиностроения и автоматизации²; гл. науч. сотрудник¹; профессор кафедры обработки металлов давлением³, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: deev.vb@mail.ru

*Корреспондирующий автор.

Приведены данные о влиянии примеси железа на структуру, фазовый состав и механические свойства консолидированных заготовок из порошковых композитов, полученных твердофазной переработкой некомпактных отходов литых алюмоматричных композиционных материалов АК12оч + 10 % (об.) SiC. Консолидацию полученного размолом композиционного порошка и исходной стружки проводили с использованием нагретой до 450 ^oC пресс-формы при давлении 330 МПа. Показано, что предварительная механическая обработка стружки композитов в планетарной шаровой мельнице при частоте вращения 400 мин^–1 и суммарном времени обработки 4,5 ч приводит к улучшению однородности структуры матричного сплава, уменьшению размеров его структурных составляющих, снижению среднего размера армирующих частиц и повышению однородности их распределения в объеме заготовки. Наличие в матричном сплаве примеси железа до 1 % (мас.) незначительно снижает механические свойства консолидированных образцов из рециклированного порошкового композиционного материала. Напротив, увеличение содержания железа до 2 % (мас.) способствует росту условного предела текучести и прочности при сжатии композиционного материала АК12оч + 10 % (об.) SiC после твердофазного рециклинга. После предварительного размола стружки присутствовавшие в литых образцах пластинчатые включения фазы β-Al₅FeSi подвергаются диспергированию и равномерно распределяются в объеме порошковой смеси, выполняя роль дополнительной армирующей фазы в консолидированных образцах и препятствуя деформированию материала матрицы при нагружении, что может способствовать повышению механических свойств композитов. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности твердофазной переработки отходов от механической обработки отливок из алюмоматричных композитов для производства консолидированных заготовок методами порошковой металлургии.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-79-10432, https://rscf.ru/project/21-79-10432/.

1. Wagiman A., Mustapa M., Asmawi R., Shamsudin S. et al. A review on direct hot extrusion technique in recycling of aluminium chips // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020. Vol. 106. P. 641–653.
2. Haase M., Ben Khalifa N., Tekkaya A., Misiolek W. Improving mechanical properties of chip-based aluminum extrudates by integrated extrusion and equal channel angular pressing (ECAP) // Materials Science and Engineering A. 2012. Vol. 539. P. 194–204.
3. Tokarski T. Mechanical properties of solid-state recycled 4xxx aluminum alloy chips // Journal of Materials Engineering and Performance. 2016. Vol. 25. P. 3252–3259.
4. Shazarel S., Lajis M., Zhong Z. Evolutionary in solid state recycling techniques of aluminium: A review // Procedia CIRP. 2016. Vol. 40. P. 256–261.
5. Wagiman A., Mustapa M., Lajis M., Shamsudin S. et al. Direct recycling of aluminium chips into composite reinforced with In situ alumina enrichment // Materials Science Forum. 2020. Vol. 975. P. 165–170.
6. Chmura W, Gronostajski Z. Bearing composites made from aluminium and aluminium bronze chips // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 2020. Vol. 178. P. 188–193.
7. Дорофеев Ю. Г., Безбородов Е. Н., Сергеенко С. Н. Горячедеформированные порошковые материалы на основе смеси механохимически активированной стружки алюминиевого сплава Д-16 // Цветные металлы. 2003. № 1. С. 81–85.
8. Taylor J. A. Iron-containing intermetallic phases in Al – Si based casting alloys // Procedia Materials Science. 2012. Vol. 1. P. 19–33.
9. Arunachalam R., Krishnan P. K., Rajaraman M. A review on the production of metal matrix composites through stir casting – furnace design, properties, challenges, and research opportunities // Journal of Manufacturing Processes. 2019. Vol. 42. P. 213–245.
10. Otani L. B., Soyama J., Zepon G., Costa e Silva A. et al. Predicting the formation of intermetallic phases in the Al – Si – Fe system with Mn additions // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2017. Vol. 38. P. 298–304.
11. Mikołajczak P., Ratke L. Three dimensional morphology of β-Al5FeSi intermetallics in AlSi alloys // Archives of Foundry Engineering. 2015. Vol. 15. P. 47–50.
12. Mathew J., Remy G., Williams M. A., Tang F. et al. Effect of Fe intermetallics on microstructure and properties of Al – 7Si alloys // JOM. 2019. Vol. 71. P. 4362–4369.
13. Монахова Е. П., Ракоч А. Г., Лобач А. А., Катенда Д. П. и др. Влияние фазового состава силуминов АК12М2 и АК12пч на коррозионное и электрохимическое поведение в слабощелочном водном растворе. Часть 1. Термо динамический расчет фазового состава силуминов // Цветные металлы. 2024. № 1. С. 65–69.
14. Каленик О. Н., Немененок Б. М., Трибушевский В. Л., Римошевский С. Л. Рафинирование вторичных алюминиевых сплавов от примеси железа // Литье и металлургия. 2002. № 4. С. 52–55.
15. Фомин Б. А., Москвитин В. И., Махов С. В. Металлургия вторичного алюминия. — М. : ЭКОМЕТ, 2004. — 240 с.
16. Nunes H., Emadinia O., Soares R., Vieira M. F. et al. Adding value to secondary aluminum casting alloys: a review on trends and achievements // Materials. 2023. Vol. 16. 895.
17. Aborkin A. V., Prusov E. S., Deev V. B., Bokaryov D. V. The influence of mechanical processing of chip waste from cast Al – Si – B4C composites on the structure and properties of consolidated billets // Non-ferrous Metals. 2023. No. 2. P. 41–46.
18. Yvon P. J., Schwarz R. B. Effects of iron impurities in mechanical alloying using steel media // Journal of Materials Research. 1993. Vol. 8. P. 239–241.
19. ГОСТ 1583–93. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
20. Prusov E., Deev V., Aborkin A., Panfilov A., Kireev A. Formation of the structure and phase composition of cast aluminum matrix composites during multiple remelting // Russian Journal of Non-ferrous Metals. 2022. Vol. 63, Iss. 6. P. 624–630.
21. Zalesnov A., Petukhov E., Aborkin A. Research of the mechanism and development of the wear model of a diamond tool when turning aluminum-matrix composite materials // Journal of Friction and Wear. 2017. Vol. 38, Iss. 5. P. 377–383.
22. Aborkin A. V., Alymov M. I., Sobol’kov A. V., Khor’kov K. S. et al. Effect of the thermome chanical treatment conditions on the consolidation, the structure, and the mechanical properties of bulk Al – Mg – C nanocomposites // Russian Metallurgy (Metally). 2018. Vol. 2018, No. 7. P. 625–632.
23. Аборкин А. В., Прусов Е. С., Деев В. Б., Бокарёв Д. В. и др. Твердофазная переработка некомпактных отходов литых металломатричных композитов // Металлург. 2023. № 11. С. 93–100.
24. Deev V., Prusov E., Ri E. Physical methods of processing the melts of metal matrix composites: current state and prospects // Russian Journal of Non-ferrous Metals. 2022. Vol. 63, Iss. 3. P. 292–304.
25. Dinnis C. M., Taylor J. A., Dahle A. K. As-cast morphology of iron-intermetallics in Al–Si foundry alloys // Scripta Materialia. 2005. Vol. 53. P. 955–958.
26. Deev V., Prusov E., Prikhodko O., Ri E. et al. Crystallization behavior and properties of hypereutectic Al – Si alloys with different iron content // Archives of Foundry Engineering. 2020. Vol. 2020, Iss. 4. P. 101–107.