ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Технология валкового брикетирования успешно применяется для утилизации отходов алюминиевых сплавов с целью последующего использования в металлургическом производстве при раскислении и легировании сталей, в алюмотермии, для получения цветных сплавов, а также при изготовлении сварочных электродов. К получаемым заготовкам предъявляется требования сохранять свою целостность во время погрузки-разгрузки и транспортировки. Это обеспечивается выбором эффективных режимов прессования, обеспечивающих минимальную пористость. Кроме того, практически интересным является разработка технологии дополнительной обработки брикетов давлением и резанием, например, для формирования сварочных электродов. Цель работы: исследование химического и фазового состава брикетированного алюминия, определение характера распределения микротвердости и микромеханических свойств по сечению брикета. Методы исследования: измерение микротвердости и пористости, сканирующая электронная микроскопия и микрорентгеноспектральный анализ, инструментальное микроиндентирование. Результаты и обсуждение. Установлено, что брикетированный алюминий представляет собой композит с алюминиевой матрицей, наполнителем являются частицы оксидов Al2O3, MgO, SiO2 и графита, попавшего в материал из смазки, использованной при прокатке брикета в валковых прессах. В алюминиевой матрице неравномерно распределены дисперсные частицы интерметаллидов Al8FeMg4Si6 и Al15(Fe,Mn)3Si, которые являются упрочняющими фазами. Средняя плотность композита составила 2160 кг/м3, общая пористость не более 20 %. При этом центральная часть брикетированной ячейки твердостью 65 HV 0,1 плотная и не содержит пор. Поры присутствуют вблизи поверхности и имеют размеры 0,1…0,3 мм, что снижает твердость до 30 HV 0,1. Отдельные области композита отличаются более высокими по сравнению с основным материалом значениями микротвердости (до 140 НV 0,1) и нормального модуля упругости, снижением показателей пластичности и ползучести. Неравномерное распределение микромеханических свойств следует учитывать как при разработке технологии брикетирования, так и при дополнительной обработке давлением, а также при выборе способа резания.
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.
Работа выполнена на оборудовании ЦКП «Пластометрия» ИМАШ УрО РАН в соответствии с государственным заданием по теме № АААА-А18-118020790140-5.
Структура, фазовый состав и микромеханические свойства брикетированного алюминия / Н.Б. Пугачева, Н.А. Бабайлов, Т.М. Быкова, Ю.Н. Логинов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 3. – С. 82–94. – DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.3-82-94.
Pugacheva N.B., Babailov N.A., Bykova T.M., Loginov Y.N. The structure, phase composition and micromechanical properties of briquetted aluminum. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2020, vol. 22, no. 3, pp. 82–94. DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.3-82-94. (In Russian).
