Формування дрібнодисперсної структури вторинних алюмінієвих сплавів шляхом рафінування та корекції хімічного складу

С. В. Петриченко; В. В. Коваленко; Є. Г. Биба; А. В. Мініцький; І. В. Лук’яненко; Н. В. Мініцька; М. М. Ямшинський; М. Ю. Барабаш

doi:10.15407/mom2025.04.024

Автор(и)

С. В. Петриченко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна https://orcid.org/0009-0007-6394-1026
В. В. Коваленко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна https://orcid.org/0009-0009-9120-6533
Є. Г. Биба Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-1696-300X
А. В. Мініцький Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна https://orcid.org/0000-0001-5767-4071
І. В. Лук’яненко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-1043-9688
Н. В. Мініцька Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-5156-7328
М. М. Ямшинський Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-2293-2939
М. Ю. Барабаш Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна https://orcid.org/0000-0001-5054-5031

DOI:

https://doi.org/10.15407/mom2025.04.024

Ключові слова:

вторинні алюмінієві сплави, рециклінг алюмінію, флюсове рафінування, механічні властивості, сплави системи 7xxx

Анотація

Робота присвячена розробленню технологічних основ оптимізації хімічного складу, структури та механічних властивостей вторинних алюмінієвих сплавів, отриманих у результаті рециклінгу різнотипного алюмінієвого брухту, у тому числі військового та промислового походження. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю раціонального використання вторинної сировини, зниження енергетичних витрат та мінімізації екологічного навантаження при виробництві високоміцних конструкційних матеріалів для авіаційної та машинобудівної галузей.

У роботі запропоновано технологічну схему переплавлення з використанням бінарного сольового флюсу системи NaCl-KCl, що забезпечує ефективне рафінування розплаву від неметалевих включень, інтенсифікацію дегазації та зниження втрат легувальних елементів. Запропоновано підхід до коригування хімічного складу вторинного сплаву шляхом легування цинком з метою формування високоміцної системи типу Al–Zn–Mg.

Показано, що легування цинком і додаткове флюсове оброблення сприяють зниженню вмісту шкідливих домішок заліза до 0,36-0,38 %, трансформації морфології залізовмісних інтерметалідних фаз та зменшенню залишкових напружень у виливках. За результатами металографічних і мікроструктурних досліджень встановлено формування більш однорідної дрібнодисперсної литої структури зі зниженим рівнем дефектності. Визначено механічні властивості сплаву у литому стані: тимчасовий опір розриванню становить 140 МПа, відносне подовження – 5,42 %, що відповідає проміжному етапу формування властивостей перед термічним обробленням.

Отримані результати підтверджують перспективність розробленої технології як ефективної основи для створення вторинних високоміцних алюмінієвих сплавів із прогнозованими структурно-механічними властивостями та можливістю їх практичного використання у відповідальних конструкційних елементах авіаційного та загальномашинобудівного призначення.

Посилання

Hnatush, V. A. (2020). World trends of the market of secondary processing of waste and scrap of aluminum alloys. Casting Processes, (3), 56–69 [in Ukrainian].

Cappuzzi, S., & Timelli, G. (2018). Preparation and melting of scrap in aluminum recycling: A review. Metals, 8, 249.

Ashkenazi, D. (2019). How aluminum changed the world: A metallurgical revolution through technological and cultural perspectives. Technological Forecasting and Social Change, 143, 101–113.

Grand View Research. (2021). Aluminum market size, share & trends analysis report by processing method, by product form, by application … and segment forecasts, 2021–2028 (Report ID: GVR-1-68038-531-9).

Feister, T. (2018). Failure predictions in warm forming of 7075-T6 aluminum structural parts. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 418, 012024.

European Aluminium Association. (2018). Aluminium in cars: Unlocking the light-weighting potential (24 p.). Brussels: EAA.

DriveAluminum. (2022). Roadmap for automotive aluminum.

Jiang, G. H., Xu, L., & Liu, H. T. (2020). Trends in aluminium alloy development and their joining methods. Materials Science Forum, 913, 3–15.

Kargarzadeh, A., Bamberger, M., & Brosh, E. (2022). Advanced casting methods for aluminum alloys: A review. Material Science and Engineering International Journal, 2(3).

Zolotorevsky, V. S., Belov, N. A., & Glazoff, M. V. (2018). Casting aluminum alloys (2nd ed., 544 p.). Elsevier Science.

Zolotorevsky, V. S., Belov, N. A., & Glazoff, M. V. (2007). Casting aluminum alloys (544 p.). Elsevier Science.

Mondolfo, L. F. (2021). Aluminum alloys: Structure and properties (971 p.). Butterworth-Heinemann.

Milani, V., & Timelli, G. (2025). Laboratory-scale procedure for evaluating the flux efficiency on melt cleanliness and tensile properties of recycled aluminum alloys. Advanced Engineering Materials. https://doi.org/10.1002/adem.202500824

Krivonosova, Ye. A., Gorchakov, A. I., & Scherbakov, Yu. V. (2014). Structure and properties of coatings in microarc oxidation. Welding International, 28(10), 816–819.

Kulikov, B., Partyko, E., Kosovich, A., Yuryev, P., Mansurov, Y., Stepanenko, N., Baykovskiy, Y., Bozhko, D., Durnopyanov, A., & Dombrovskiy, N. (2025). Analysis of composition, properties, and usage efficiency of different commercial salt fluxes for aluminum alloy refining. Metals, 15, 448. https://doi.org/10.3390/met15040448

Fiocchi, J., Colombo, C., Vergani, L. M., Fabrizi, A., Timelli, G., Tuissi, A., & Biffi, C. A. (2021). Heat treatments for stress relieving AlSi9Cu3 alloy produced by laser powder bed fusion. Materials, 14, 4184. https://doi.org/10.3390/ma14154184

Verkhovliuk, A. M. (2020). Influence of technological factors on the properties of a high-strength aluminum alloy of the Al-Zn-Mg-Cu system. Metal Science and Heat Treatment, (1), 27–36 [in Ukrainian].

Murat, Y., & Atılgan, İ. (2021). Aluminum alloys as advanced materials: A short communication. Research & Development in Material Science, 15(1), 1612–1615.

Fan, X., Gao, Z., & Hou, J. (2018). Nanostructured aluminum alloys: Processing, characterization and properties. Materials & Design, 140, 39–51.

Rajan, T. P. D., Pillai, R. M., & Pai, B. C. (2019). Reinforcement coatings and interfaces in aluminium metal matrix composites. Journal of Materials Science, 33, 3491–3503.

Wang, Y., et al. (2024). Effect of multi-element synergistic addition on the microstructure evolution and performance enhancement of laser cladded Al–Mg–Zn–(Mn–Cu–Er–Zr) alloy. Materials Science and Engineering A, 896, 146256.

Shin, S.-S., Lim, K.-M., & Park, I.-M. (2017). Effects of high Zn content on the microstructure and mechanical properties of Al–Zn–Cu gravity-cast alloys. Materials Science and Engineering A, 679, 340–349.

Sivasankaran, S., Rajendran, N., Balasubramanian, M., & Senthilnathan, N. (2021). Microstructural evolutions and enhanced mechanical performance of novel Al–Zn die-casting alloys processed by squeezing and hot extrusion. Journal of Materials Processing Technology, 292, 117063.