Моделирование и верификация полунепрерывного литья цилиндрических слитков из сплава 1379с

Целью настоящего исследования является подробное изучение температурных полей при приготовлении сплава 1379с, транспортировке расплава по лотковой системе, фильтрации расплава через пенокерамический фильтр и литье цилиндрических слитков методом компьютерного моделирования в программном комплексе ESI ProCAST с верификацией моделей на лабораторной установке полунепрерывного литья слитков из алюминиевых сплавов.

Методы. Для компьютерного моделирования использовали программный комплекс ProCAST. Для физического моделирования и верификации результатов компьютерного моделирования использовали лабораторную установку полунепрерывного литья алюминиевых сплавов. Слитки получали из сплава 1379с. Микроструктуру полученных слитков оценивали металлографическими методами на оптическом микроскопе с использованием компьютерных методов количественной металлографии.

Результаты. Проведено моделирование процесса полунепрерывного литья алюминиевых сплавов на участке, начиная с выхода расплава из плавильной печи и заканчивая кристаллизатором. В результате металлографического исследования структуры полученных слитков определено, что средний размер кристаллов первичного кремния в слитках (41±16) мкм, при этом размер мелких частиц (23±5) мкм (доля 30%), размер средних частиц 44±9 мкм (доля 56%), размер крупных частиц (69±9) мкм (доля 14%), диапазон размеров частиц в слитке 12–91 мкм.

Заключение. Разработаны динамические модели перелива расплава по металлотракту, фильтрации расплава через пенокерамический фильтр. Моделирование литья слитков с последующей верификацией и корректировкой моделей по результатам лабораторных экспериментов позволило подобрать оптимальный режим литья слитков, получить в слитках размер кристаллов первичного кремния менее 25 мкм и достичь точности результатов моделирования более 93%.

1. Патент 2468105 Рос. Федерация, МПК С22С 21/02. Быстрозакристаллизованный сплав на основе алюминия для изготовления поршней / Конкевич В. Ю., Лебедева Т. И., Тарануха Г. В. № 211146884/02; заявл. 18.11.2011; опубл. 27.11.2012, Бюл. № 33.

2. Modeling of casting technology of large-sized ingots from deformable aluminum alloys / A. I. Bezrukikh, V. N. Baranov, I. L. Konstantinov, S. B. Sidelnikov, A. A. Iliin, A. V. Zavizin, D. N. Bondarenko, B. P. Kulikov, P. O. Yuryev, D. S. Voroshilov, Y. V. Baykovskiy, E. G. Partyko // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2022. Vol. 120, is. 1-2. P. 761–780. https://doi.org/10.1007/s00170-022-08817-w

3. Обоснование технологии изготовления плоского проката из алюминиевых сплавов системы Al – Mg – Sc для аэрокосмической промышленности / В. В. Яшин, В. Ю. Арышенский, И. А. Латушкин, М. С. Тептерев // Цветные металлы. 2018. Т. 7. С. 75–82. https://doi.org/10.17580/tsm.2018.07.12

4. Investigation of the structure and properties of cold-rolled strips from experimental alloy 1580 with a reduced scandium content / I. L. Konstantinov, V. N. Baranov, S. B. Sidelnikov, B. P. Kulikov, A. I. Bezrukikh, V. F. Frolov, T. A. Orelkina, D. S. Voroshilov, P. O. Yuryev, I. N. Belokonova // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020. Vol. 109, is. 1–2. P. 443–450. https://doi.org/10.1007/s00170-020-05681-4

5. Investigation of cold rolling modes of 1580 alloy by the method of computer simulation / I. L. Konstantinov, V. N. Baranov, S. B. Sidelnikov, A. D. Arnautov, D. S. Voroshilov, N. N. Dovzenko, E. Y. Zenkin, A. I. Bezrukikh, I. N. Dovzenko, P. O. Yuryev // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 112, is. 7. P. 1965–1972. https://doi.org/10.1007/s00170-020-06570-6

6. Modeling and investigation of the process of hot rolling of large-sized ingots from aluminum alloy of the Al-Mg system / V. Kh. Mann, S. B. Sidelnikov, I. L. Konstantinov, V. N. Baranov, I. N. Dovzhenko, D. S. Voroshilov, E. S. Lopatina, O. V. Yakivyuk, I. N. Belokonova // Economically Alloyed by Scandium. Materials Science Forum. 2019. Vol. 943. P. 58–65. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF. 943.58

7. Study of strength properties of semi-finished products from economically alloyed high-strength aluminium-scandium alloys for application in automobile transport and shipbuilding / V. Baranov, S. Sidelnikov, D. Voroshilov, O. Yakivyuk, I. Konstantinov, R. Sokolov, I. Belokonova, E. Zenkin, V. Frolov // Open Engineering. 2018. Vol. 8, is. 1. P. 69–76. https://doi.org/10.1515/eng-2018-0005

8. Zakharov V. V., Filatov Y. A., Fisenko I. A., Scandium alloying of aluminum alloys // Metal Science and Heat Treatment. 2020. Vol. 62. P. 518–523. https://doi.org/10.1007/s11041-020-00595-0

9. Study on the influence of heat treatment modes on mechanical and corrosion properties of rolled sheet products from a new aluminum alloy, economically alloyed with scandium / V. N. Baranov, S. B. Sidelnikov, E. Yu. Zenkin, I. L. Konstantinov, E. S. Lopatina, O. V. Yakivyuk, D. S. Voroshilov, I. N. Belokonova, V. A. Frolov // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2019. Vol. 17, is. 1. P. 76–81. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2019-17-176-81

10. Исследование режимов прокатки и механических свойств холоднокатаных, отожженных и сварных полуфабрикатов из опытных сплавов системы Al – Mg, экономнолегированных скандием / В. Н. Баранов, С. Б. Сидельников, А. И. Безруких, Е. Ю. Зенкин // Цветные металлы. 2017. № 9. С. 91–96. https://doi.org/10.17580/tsm.2017.09.13.

11. Influence of rolling and annealing modes on properties of sheet semifinished products made of wrought aluminum Alloy 1580 / I. L. Konstantinov, V. N. Baranov, S. B. Sidelnikov, E. Yu. Zenkin, P. O. Yuryev, I. N. Belokonova // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2020. Vol. 61. P. 641–645. https://doi.org/10.3103/S1067821220060115

12. Investigation of rolling modes, structure and properties of aluminum-magnesium alloy plates with a reduced scandium content / S. B. Sidelnikov, V. N. Baranov, I. L. Konstantinov, E. Yu. Zenkin, E. S. Lopatina, A. I. Bezrukikh, D. S. Voroshilov, P. O. Yuryev, Yu. N. Mansurov, M. V. Voroshilova, I. N. Belokonova, R. I. Galiev // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2022. Vol. 121, is. 1–2. P. 1373–1384.

13. Реологические свойства деформируемых алюминиевых сплавов 01570 и АА5182 в условиях горячей деформации / В. В. Яшин, С. В. Рущиц, Е. В. Арышенский, И. А. Латушкин // Цветные металлы. 2019. № 3. С. 64–69. https://doi.org/10.17580/tsm.2019.03.09

14. Deformation behavior during hot processing of the alloy of the Al-Mg system economically doped with scandium / N. N. Dovzhenko, S. V. Rushchits, I. N. Dovzhenko, S. B. Sidelnikov, D. S. Voroshilov, A. I. Demchenko, V. N. Baranov, A. I. Bezrukikh, P. O. Yuryev // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 115. P. 2571–2579. https://doi.org/10.1007/s00170-021-07338-2

15. Исследование деформационного поведения алюминиевого сплава Р-1580, экономнолегированного скандием, при горячей деформации / Н. Н. Довженко, С. В. Рущиц, И. Н. Довженко, П. О. Юрьев // Цветные металлы. 2019. № 9. С. 80–86. https://doi.org/10.17580/tsm.2019.09.13

16. Плавление и литье алюминиевых сплавов: монография / В. И. Напалков, В. Ф. Фролов, В. Н. Баранов, С. В. Белов, А. И. Безруких, В. И. Москвитин, В. И. Тарарышкин. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2020. 714 с.

17. Производство отливок из сплавов цветных металлов / А. В. Курдюмов, В. Д. Белов, М. В. Пикунов [и др.]; под общ. ред. В. Д. Белова. 3-е изд., перераб и доп. М.: Изд. дом «МИСиС», 2011. 614 с.

18. Patent CN1186286C China, Cl C04B 14/38, C04B 28/00, C04B 24/40, E04B 1/76. Ceramic fibre thermal-insulating boara and making method thereof / Liu Chao(CN); application and patent holder Luyang Energy-Saving Materials company. No. 02120854.9; appl. 06.06.2002; publ. 26.01.2005.

19. Новая технология получения материалов с низким коэффициентом линейного расширения как развитие принципа достаточности / С. Г. Бочвар, П. Ю. Предко, В. Ю. Конкевич, Д. А. Гневашев // Технология легких сплавов. 2020. № 1. С. 55−61.

20. Задерей А. Г. О новациях ОАО «ВИЛС» в производстве новых материалов // Технология легких сплавов. 2016. № 1. С. 7−42.

21. Патент 2613498 Рос. Федерация, МПК B22F 3/14, C22C 1/04, C22C 21/00. Способ изготовления поршневой заготовки из заэвтектического силумина / Конке-вич В. Ю., Лебедева Т. И., Шадаев Д. А., Предко П. Ю., Бочвар С. Г., Тарануха Г. В., Кунявская Т. М., Кузнецов А. О., Нилов Е. Е. № 2015123212; заявл. 17.06.2015; опубл. 16.03.2017, Бюл. № 8.

22. Влияние особенностей технологии плавления на состав и морфологию фаз заэвтектических силуминов / Д. А. Шадаев, П. Ю. Предко, Т. И. Лебедева, В. Ю. Конкевич, А. О. Кузнецова, Д. А. Гневашев, А. С. Борноволоков, А. В. Потехин // Технология легких сплавов. 2015. № 2. С. 105−111.