The Structure, Phase Composition and Micromechanical Properties of Briquetted Aluminum

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The technology of roll briquetting is successfully used for the disposal of waste aluminum alloys for the purpose of subsequent use in metallurgical production during deoxidation and alloying of steels, in aluminothermy, for the production of non-ferrous alloys, as well as in the manufacture of welding electrodes. The received blanks are required to maintain its integrity during loading and unloading and transportation. This is ensured by the selection of effective pressing modes that ensure the minimum porosity. In addition, it is practically interesting to develop a technology for additional processing of briquettes by pressure and cutting, for example, for the formation of welding electrodes. The purpose of the work is to study the chemical and phase compositions of briquetted aluminum, to determine the nature of the distribution of microhardness and micromechanical properties over the briquette cross section. Research methods: measurement of microhardness and porosity, scanning electron microscopy and micro-X-ray spectral analysis, instrumental microindentation. Results and Discussion. It is found that briquetted aluminum is a composite material with an aluminum matrix, the filler is particles of oxides Al2O3, MgO, SiO2 and graphite, which got into the material from the lubricant used when rolling the briquette in roller presses. Dispersed particles of intermetallic compounds Al8FeMg4Si6 and Al15(Fe,Mn)3Si, which are hardening phases, are unevenly distributed in the aluminum matrix. The average density of the composite is 2160 kg / m3, the total porosity is no more than 20%. The central part of the briquetted cell with a hardness of 65 HV 0.1 is dense and does not contain pores. The pores are presented near the surface and have dimensions of 0.1-0.3 mm, which reduces the hardness to 30 HV 0.1. Some areas of the composite are distinguished by higher values of microhardness (up to 140 НV 0.1) and normal modulus of elasticity, as compared to the base material, and a decrease in plasticity and creep indicators. Uneven distribution of micromechanical properties should be taken into account both when developing briquetting technology and additional pressure treatment, as well as when choosing a cutting method.

About the authors

N. B. Pugacheva

Email: nat@imach.uran.ru
D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Institute of Engineering Science, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, 34 Komsomolskaya str., Yekaterinburg, 620049, Russian Federation , nat@imach.uran.ru

N. A. Babailov

Email: n.a.babailov@urfu.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Institute of Engineering Science, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, 34 Komsomolskaya str., Yekaterinburg, 620049, Russian Federation , n.a.babailov@urfu.ru

T. M. Bykova

Email: tatiana_8801@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Institute of Engineering Science, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, 34 Komsomolskaya str., Yekaterinburg, 620049, Russian Federation , tatiana_8801@mail.ru

Y. N. Loginov

Email: j.n.loginov@urfu.ru
D.Sc. (Engineering), Professor, 1. M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, 18 S. Kovalevskaya str., Yekaterinburg, 620990, Russian Federation; 2. Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, 19 Mira str., Yekaterinburg, 620002, Russian Federation, j.n.loginov@urfu.ru

References

  1.   Ресурсосберегающая технология раскисления стали порошковой лентой из отсевов алюминиевой стружки / В.В. Парченко, Н.П. Мацаренко, А.Я. Бабанин, А.Н. Хомченко // Электрометаллургия. – 2007. – № 5. – С. 11–14.
  2.   Gronostajski J., Marsiniak H., Matuszak A. New methods of aluminium-alloy chips recycling // Journal of Materials Processing Technology. – 2000. – Vol. 106, iss. 1–3. – P. 34–39. – doi: 10.1016/S0924-0136 (00)00634-8.
  3.   Сравнительный анализ технологий изготовления сварочной проволоки из эвтектического силумина с применением совмещенных методов обработки / Н.Н. Загиров, С.Б. Сидельников, Р.Е. Соколов, Ю.Н. Логинов // Цветные металлы. – 2017. – № 4. – С. 86–92. – doi: 10.17580/tsm.2017.04.13.
  4.   Loginov Yu.N., Bourkine S.P., Babailov N.A. Cinematics and volume deformations during roll-press briquetting // Journal of Materials Processing Technology. – 2001. – Vol. 118, N 1–3. – P. 151–157. – doi: 10.1016/S0924-0136(01)00880-9.
  5.   Мегахед М., Сабер Д., Агува М.А. Моделирование процесса механического изнашивания композитного Al-Si/Al2O3 материала с металлической матрицей // Физика металлов и металловедение. – 2019. – Т. 120, № 10. – С. 1072–1082. – doi: 10.1134/S0015323019100085.
  6.   Effect of process parameters on the compressive strength of iron coke hot briquette / H.-T. Wang, M.-S. Chu, W. Zhao, Z.-G. Liu // Dongbei Daxue Xuebao. Journal of Northeastern University. – 2016. – Vol. 37, iss. 6. – P. 810–814. – doi: 10.3969/j.issn.1005-3026.2016.06.011.
  7.   Применение валкового брикетирования для утилизации алюминиевого провода / Н.А. Бабайлов, Ю.Н. Логинов, Л.И. Полянский, Д.Н. Первухина // Металлург. – 2018. – № 8. – С. 5–8.
  8.   Shigehisa T., Nakagawa T., Yamamoto S. Briquetting of UBC by double roll press. Pt. 1: The application and limitations of the Johanson model // Powder Technology. – 2014. – Vol. 264. – P. 608–613. – doi: 10.1016/j.powtec.2014.04.098.
  9.   Diez M.A., Alvarez R., Cimadevilla J.L.G. Briquetting of carbon-containing wastes from steelmaking for metallurgical coke production // Fuel. – 2013. – Vol. 114. – P. 216–223. – doi: 10.1016/j.fuel.2012.04.018.
  10.   Evaluation of the suitability of alternative binder to replace OPC for iron ore slime briquetting / S.K. Nath, Y. Rajshekar, T.C. Alex, T. Venugopalan, S. Kumar // Transactions of the Indian Institute of Metals. – 2017. – Vol. 70, iss. 8. – P. 2165–2174. – doi: 10.1007/s12666-017-1038-5.
  11.   A novel technique for making cold briquettes for charging in blast furnace / M.K. Mohanty, S. Mishra, B. Mishra, S. Sarkar, S.K. Samal // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 115, iss. 1. – P. 012020. – doi: 10.1088/1757-899X/115/1/012020.
  12.   El-Hussiny N.A., Shalabi M.E.H. A self-reduced intermediate product from iron and steel plants waste materials using a briquetting process // Powder Technology. – 2011. – Vol. 205,iss. 1–3. – P. 217–223. – doi: 10.1016/j.powtec.2010.09.017.
  13.   Wan B., Chen W., Lu T. Review of solid state recycling of aluminum chips // Resources, Conservation and Recycling. – 2017. – Vol. 125. – P. 37–47. – doi: 10.1016/j.resconrec.2017.06.004.
  14.   Shamsudin S., Lajis M., Zhong Z.W. Evolutionary in solid state recycling techniques of aluminium // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 40. – P. 256–261. – doi: 10.1016/j.procir.2016.01.117.
  15.   Пугачева Н.Б. Структура промышленных α+β-латуней // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2007. – № 2 (620). – С. 23–29.
  16.   Zhang G.-H., Chou K.-C. Deoxidation of molten steel by aluminum // Journal of Iron and Steel Research International. – 2015. – Vol. 22, iss 10. – P. 905–908. – doi: 10.1016/S1006-706X(15)30088-1.
  17.   Structure and thermophysical properties of aluminum-matrix composites / N.B. Pugacheva, N.S. Michurov, E.I. Senaeva, T.M. Bykova // The Physics of Metals and Metallography. – 2016. – Vol. 117, iss. 11. – P. 1144–1151. – doi: 10.7868/S0015323016110115.
  18.   A computational model of V95/SiC (7075/SiC) aluminum matrix composite applied to stress-strain state simulation under tensile, compressive and shear loading conditions / S.V. Smirnov, A.V. Konovalov, M.V. Myasnikova, Yu.V. Khalevitsky, A.S. Smirnov, A.S. Igumnov // Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. – 2017. – Iss. 6. – P. 16–27. – doi: 10.17804/2410-9908.2017.6.016-027.
  19.   Диаграмма предельной пластичности металломатричного композита В95 / SiC с содержанием частиц SiC 10 об. % при околосолидусной температуре / Д.И. Вичужанин, С.В. Смирнов, А.В. Нестеренко, А.С. Игумнов // Письма о материалах. – 2018. – Т. 8, № 1 (29). – С. 88–93. – doi: 10.22226/2410-3535-2018-1-88-93.
  20.   Белов Н.А. Фазовый состав алюминиевых сплавов. – М.: Изд. дом МИСиС, 2009. – 234 с. – ISBN 978-5-87623-213-7.
  21.        Беляев А.И. Металлургия легких металлов. – М: Металлургия, 1970. – 368 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».