Modification of Al-Si alloys with particles of ultrafine tungsten powder

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Purpose: A widespread method, exerting the influence on the homogeneous formation of the microstructure and enhancement of strength properties of Al-Si alloys, is a modification by super- and nanodispersed particles of different chemical compositions. Despite the significant advances in the studies of the influence of various modifying compositions on the structure and mechanical properties of casted silumins, there are no data about the influence of nanodispersed tungsten powder on the formation of the structural-phase state and mechanical properties of the Al-Si alloy in the literature. Materials and methods: The paper investigates the influence of the tungsten nanopowder in the amount of 0.01…0.5 mass.% on the structural-phase state and mechanical properties of the Al-12%Si alloy with different soaking time of the modified melt. Metal smelting is conducted in the muffle furnace. Modification of the melt by the ultrafine powder is carried out before pouring. Before introducing the powder into the melt, its chemical, phase and granulometric composition is studied. For the obtained samples, metallographic examinations are made and the chemical composition, as well as impact toughness are determined. Results and discussion: The results of the conducted experiments showed that a part of the powder is not assimilated by the melt, but precipitated on the walls and the bottom of the crucible. The amount of the powder, not assimilated by the melt, depends on the soaking time. The assimilated powder influences significantly the cast structure; silicon plates are significantly refined; the sizes of the first-order axes and the distances between the axes of the second order decrease for the matrix crystals of casts. These changes in the structure influence largely the properties. Modification of the Al-12%Si alloy by the tungsten powder and soaking it in the furnace during 10 minutes allow increasing impact toughness by ~15%. By the results of the experiments, it has been established that addition of 0.1 mass.% of tungsten into the melt and soaking it in the heated condition before pouring is an optimal mode. Such mode leads to a uniform distribution of eutectic (α-Al + Si), a 1.5-time reduction of eutectic silicon plates, a change of the form of coarse plates into a fine fibrous form and enhancement of mechanical properties by 15…20 %.

About the authors

N. V Martyushev

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: martjushev@tpu.ru
30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation

A. P Zykova

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: zykovaap@mail.ru
30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation

V. S Bashev

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: bashevvassilly@gmail.com
30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation

References

  1. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. - М.: Металлургия, 1979. - 640 с.
  2. 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 & Design. - 2009. - Vol. 30, iss. 10. - P. 3943-3957. - doi: 10.1016/j.matdes.2009.05.042.
  3. Белов Н.А., Савченко С.В., Хван А.В. Фазовый состав и структура силуминов: справочное издание. - М.: Изд-во МИСиС, 2007. - 283 с. - ISBN 978-5-87623-181-9.
  4. Формирование структуры в системе Al-Si / С.С. Петров, А.Г. Пригунова, Д.Н. Ключник, С.В. Пригунов // Металловедение и термическая обработка металлов. - Днепропетровск, 2008. - № 1. - C. 43-52.
  5. Куцова В.З., Носко О.А., Шерстобитова А.С. Влияние легирования на структуру, фазовый состав и свойства промышленных заэвтектических поршневых силуминов // Стародубовские чтения 2008. - Днепропетровск, 2008. - Ч. 3. - С. 10-19.
  6. Nanoparticle-inhibited growth of primary aluminum in Al-10Si alloys / K. Wang, H.Y. Jiang, Y.W. Jia, H. Zhou, Q.D. Wang, B. Ye, W.J. Ding // Acta Materialia. - 2016. - Vol. 103. - P. 252-263. - doi: 10.1016/j.actamat.2015.10.005.
  7. Eidhed W. Modification of β-Al5FeSi compound in recycled Al-Si-Fe cast alloy by using Sr, Mg and Cr additions // Journal of Materials Science & Technology. - 2008. - Vol. 24, N 1. - P. 45-47.
  8. О влиянии Sr, Ti и B на модифицируемость доэвтектических силуминов / В.И. Никитин, К.В. Никитин, С.А. Акишин, Д.С. Криволапов // Литейное производство. - 2012. - № 1. - C. 24-28.
  9. Effect of in situ γ-Al2O3 particles on the microstructure of hypereutectic Al-20%Si alloy / Q. Li, T. Xia, Y. Lan, W. Zhao, L. Fan, P. Li // Journal of Alloys and Compounds. - 2013. - Vol. 577. - P. 232-236. - doi: 10.1016/j.jallcom.2013.04.043.
  10. El-Mahallawi I.S., Shash A.Y., Amer A.E. Nanoreinforced cast Al-Si alloys with Al2O3, TiO2 and ZrO2 nanoparticles // Metals. - 2015. - Vol. 5, N 2. - P. 802-821. - doi: 10.3390/met5020802.
  11. Modification of Al-Si alloys by metallothermic reduction using submerged SrO powders injection / C.M. Molina, A.F. Valdes, R.M. Valdez, J.T. Torres, N.R. Rosales, R.G. Estrada // Materials Letters. - 2009. - Vol. 63, iss. 9-10. - P. 815-818. - doi: 10.1016/j.matlet.2009.01.019.
  12. Zykova A.P., Kazantseva L.A., Kurzina I.A. The effect of ultrafine powders on the structural formation processes and mechanical properties of Аl-7%Si alloy // AIP Conference Proceedings. - 2016. - Vol. 1772, iss. 1. - P. 030020-1-030020-7. - doi: 10.1063/1.4964558.
  13. Modification of eutectic Si in Al-Si alloys with Eu addition / J.H. Li, X.D. Wang, T.H. Ludwig, Y. Tsunekawa, L. Arnberg, J.Z. Jiang, P. Schumacher // Acta Materialia. - 2015. - Vol. 84. - P. 153-163. - doi: 10.1016/j.actamat.2014.10.064.
  14. Yuansheng R.A.O., Hong Y.A.N., Zhi H.U. Modification of eutectic silicon and b-Al5FeSi phases in as-cast ADC12 alloys by using samarium addition // Journal of Rare Earths. - 2013. - Vol. 31, iss. 9. - P. 916-922. - doi: 10.1016/S1002-0721(12)60379-2.
  15. Martyushev N.V., Bashev V.S., Zykova A.P. Influence of soaking time of modifier in melt on microstructure of Al-12%Si alloys // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2017. - Vol. 177. - P. 012118. - doi: 10.1088/1757-899X/177/1/012118.

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».