On the Participation of Hydrogen in the Formation of the Properties of Hypereutectic Al-Si Alloys

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Aluminum alloys of special purpose are characterized by a certain combination of mechanical, physical, and physical-chemical properties due to operation under strictly defined conditions. In the development of new materials with improved technological properties, much attention is paid to alloys of the Al-Si system of hypereutectic concentration. It is known that the combined modifying agent comprising 2 or more elements outperform each component separately. A large number of ways to modify these alloys with the purpose of grinding the primary silicon crystals and eutectic is developed. Most known technologies are not widely applied in practice, therefore, the development of a method for modifying the melt of hydrogen-containing compounds remains a topical theme. Objective: development of technological method of processing the melt, providing for an increase of hydrogen content, for modifying the structure of the as-cast and obtaining the deformed Al – 15÷30% Si alloys with improved physical and mechanical properties. The parameters of the microstructure in the cast state and after the hot plastic deformation, as well as the mechanical characteristics of the modified alloys, are investigated. The study of the microstructure of the resulting alloys is undertaken. Research methods. Dilatometric tests, mechanical tests for static elongation, as well as metallographic analysis of the investigated alloys are used. The results and discussion. A new method of modification that allows reducing sharply the size of the primary crystals of the siliceous phase, resulting in greatly increased mechanical properties of high-silicon alloys and its deformability is suggested. Application of the developed method allows obtaining the structure of the eutectic type in hypereutectic Al-Si alloys. By obtaining the modified structure, characterized by an increased degree of dispersion of the constituents, a sharp decrease in the dimensions of the primary crystals of the brittle siliceous phase and a favorable change in its shape, plastic deformation of the investigated alloys became possible. It is found that hot deformation has a positive effect on the mechanical properties of Al-Si alloys, especially on its plasticity. It is shown that the complex of physical-chemical properties of deformed semi-finished products exceeds even the properties of sintered aluminum alloys.

About the authors

V. K. Afanasyev

Email: in_afanaseva@mail.ru
D.Sc. (Engineering), Professor, Siberian State Industrial University, in_afanaseva@mail.ru

M. V. Popova

Email: m.popova@rdtc.ru
D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Siberian State Industrial University, m.popova@rdtc.ru

M. A. Malyuh

Email: starostina_ma1976@mail.ru
Siberian State Industrial University, starostina_ma1976@mail.ru

S. V. Dolgova

Email: sv_dolgov@mail.ru
Siberian State Industrial University, sv_dolgov@mail.ru

References

  1. Polmear I.J. Light alloys: from traditional alloys to nanocrystals. – Amsterdam: Elsevier Ltd, 2005.
  2. Колачев Б.А. Водород в металлах и сплавах // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1999. – № 3. – С. 3–11.
  3. Hess P.D., Tumbull G.K. Effects of hydrogen on properties of aluminum alloys // Hydrogen in Metals / American Society for Metals. – Metals Park, Ohio: ASM, 1974. – P. 277–287.
  4. Talbot D.E.J. Effects of hydrogen in aluminum, magnesium, copper, and their alloys // International Metallurgical Reviews. – 1975. – Vol. 20. – P. 166–184.
  5. Борисов Г.П. О роли водорода в формировании структуры и свойств алюминиевых сплавов // Металлургия машиностроения. – 2005. – № 5. – С. 11–20.
  6. Goltsov V.A. Fundamentals of hydrogen treatment of materials // Progress in Hydrogen Treatment of Materials. – Donetsk; Coral Gables: Kassiopeya Ltd, 2001. – P. 161–184.
  7. Чернега Д.Ф., Бялик О.М. Водород в литейных алюминиевых сплавах. – Киев: Техника, 1972. – С. 32–139.
  8. Уткин Н.И. Производство цветных металлов. – 2-е изд. – М.: Интермет Инжиниринг, 2004. – 442 с.
  9. Альтман М.Б., Лебедев А.А., Чухров М.В. Плавка и литье легких сплавов. – М.: Металлургия, 1969. – 680 с.
  10. Чернега Д.Ф., Бялик О.М. Изменение содержания водорода и механических свойств сплава АЛ2 при многократной обработке его гексахлорэтаном // Технология и организация производства. – М.,1969. – № 6. – C. 62–63.
  11. Мороз Л.С, Чечулин Б.Б. Водородная хрупкость металлов. – М.: Металлургия, 1967. – 255 с.
  12. Патент 3429695 США. Высокопрочный алюминиевый сплав и способ его обработки / Nakamura Hajime, Hori Toshimitsu, Sezaki Kazio. – Опубл. 25.02.1969.
  13. Водород – легирующий элемент алюминиевых сплавов / В.К. Афанасьев, М.В. Попова, А.Н. Прудников, М.В. Зезиков, А.В. Горшенин // Известия вузов. Черная металлургия. – 2005. – № 6. – С. 36–39.
  14. Density and thermal expansion of liquid Al–Si alloys / J. Schmitz, B. Hallstedt, J. Brillo, I. Egry, M. Schick // Journal of Materials Science. –2012. – Vol. 47, iss. 8. – Р. 3706–3712.
  15. Microstructure and mechanical properties of an Al-Si alloy consolidated by spark plasma sintering / T. Schubert, J. Schmidt, T. Weißgärber, B. Kieback // World Powder Metallurgy Congress & Exhibition, PM 2010, Florence, Italy, October 10th – 14th 2010: proceedings. – Shrewsbury: EPMA, 2010. – Vol. 2. – Р. 117–124.
  16. Srivastava V.C., Mandal R.K., Ojha S.N. Microstructure and mechanical properties of Al–Si alloys produced by spray forming process // Materials Science and Engineering: A. – 2001. – Vol. 304–306. – P. 555–558.
  17. Structural and mechanical properties of Al–Si alloys obtained by fast cooling of a levitated melt / S.P. Nikanorov, M.P. Volkov, V.N. Gurin, Yu.A. Burenkov, L.I. Derkachenko, B.K. Kardashev, L.L. Regel, W.R. Wilcox // Materials Science and Engineering: A. – 2005. – Vol. 390, iss. 1–2. – P. 63–69.
  18. Synthesis and formation process of Al2CuHx: a new class of interstitial aluminum-based alloy hydride / H. Saitoh, S. Takagi, N. Endo, A. Machida, K. Aoki, S. Orimo, Y. Katayama // APL Materials. – 2013. – Vol. 1, iss. 3. – doi: 10.1063/1.4821632.
  19. Influence of additives on the microstructure and tensile properties of near-eutectic Al–10.8%Si cast alloy / A.M.A. Mohamed, A.M. Samuel, F.H. Samuel, H.W. Doty // Materials and Design. – 2009. – Vol. 30, iss. 10. – P. 3943–3957.
  20. Tensile and compressive deformation behavior of the Al–Si–Cu–Mg cast alloy with additions of Zr, V and Ti / S.K. Shaha, F. Czerwinski, W. Kasprzak, D.L. Chen // Materials and Design. – 2014. – Vol. 59. – P. 352–358.
  21. Monotonic and cyclic deformation behavior of the Al–Si–Cu–Mg cast alloy with micro-additions of Ti, V and Zr / S.K. Shaha, F. Czerwinski, W. Kasprzak, J. Friedman, D.L. Chen // International Journal of Fatigue. – 2015. – Vol. 70. – P. 383–394.
  22. Влияние обработки расплава водородосодержащими веществами на тепловое расширение алюминия / В.К. Афанасьев, М.В. Попова, М.А. Старостина (М.А. Малюх), Н.В. Кривичева // Металлургия машиностроения. – 2011. – № 3. – С. 30–33.
  23. О влиянии водяного пара на формирование свойств высококремнистых Al-сплавов / В.К. Афанасьев, В.В. Герцен, С.В. Долгова, Ю.М. Мусохранов, М.В. Попова // Металлургия машиностроения. – 2015. – № 5. – С. 17–21.
  24. Спеченные материалы из алюминиевых порошков / В.Г. Гопиенко, М.Е. Смагоринский, А.А. Григорьев, А.Д. Беллавин; под ред. М.Е. Смагоринского. – М.: Металлургия, 1993. – 320 с.
  25. Афанасьев В.К., Попова М.В., Самонь В.А. О создании новых легких деформированных сплавов для космической техники // Металлургия машиностроения. – 2014. – № 5. – С. 21–28.

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».