One of the major aims of the modern materials foundry industry is the achievement of advanced mechanical properties of metals, especially of light non-ferrous alloys such as aluminum. Usually an alloying process is applied to obtain the required properties of aluminum alloys. However, the presented work describes an alternative approach through the application of vibration treatment, modification by ultrafine powder and a combination of these two methods. Microstructural studies followed by image analysis revealed the refinement of α-Al grains with an increase in the Si network area around them. As evidence, the improvement of the mechanical properties of Al casting alloy was detected. It was found that the alloys subjected to the vibration treatment displayed an increase in tensile and yield strengths by 20% and 10%, respectively.

Abstract:In recent years, improving the mechanical properties of metals has become the main challenge in the modern materials and metallurgical industry. An alloying process is usually used to achieve advanced performance of metals. This paper, however, describes an alternative approach. Modification with ceramic nanoparticles, gas-dynamic treatment (GDT) and a combined treatment were investigated on a hypoeutectic Al-Si A356 alloy. Microstructural studies revealed the refinement of coarse α-Al grains and the formation of distributed eutectic Si particles. Subsequent testing of the mechanical properties revealed improvement after applying each of the treatments. The best results were obtained after modification with TiCN nanoparticles followed by GDT; the tensile strength and elongation of the A356 alloys increased by 18% and 19%, respectively.

The work is devoted to the development of the fundamental foundations of mathematical modeling of non-local processes of heat and mass transfer in media with a fractal structure - in complex systems modeled by fractals, the study of initial and mixed boundary value problems for the main types of local and non-local differential equations of state and transfer.

Стаття присвячена розробці інтерактивного графічного ігрового додатку для ознайомлення з особливостями нових ливарних технології, що базується на регу-льованому газодинамічного впливу на розплав в ливарній формі під час твердіння. Осо-бливості навчального процесу при підготовці спеціалістів в галузі металургії, в тому числі ливарників, передбачає наявність ґрунтовної не тільки теоретичної і практичної підготовки, яка здійснюється в рамках ливарної лабораторії. Оснащення сучасної ли-варної лабораторії вимагає суттєвих вкладень в обладнання, матеріали, крім того де-які ливарні технології не можуть бути адаптовані до навчального простору, це сто-сується і технології газодинамічного впливу на розплав в ливарній формі. Крім того, застосування графічного інтерактивного ігрового імітатора ливарної технології га-зодинамічного впливу на розплав в ливарній формі має незаперечні перспективи в рам-ках навчального процесу, особливу в умовах пандемії COVID-19. Тому розробка графіч-ного інтерактивного ігрового додатку для ознайомлення з особливостями нової ливар-ної технології є актуальноюзадачею.

Аналіз теплових полів дозволяє отримати достовірну інформацію про розташування теплових вузлів, областей з недостатньою або надмірною динамікою затвердіння, але при цьому розрахунок усадкової раковини та макрошпаристості проводиться на підставі критеріальних оцінок. Шпаристість є одним з основних дефектів виливків, що призводить до зниження механічних властивостей. Даний дефект виникає в результаті недостатнього або утрудненого живлення двофазної зони, тому актуальною проблемою є розробка математичних моделей формування двофазної зони виливків, що тверднуть в умовах наростаючого газового тиску, зокрема виливків із алюмінієвих сплавів евтектичного складу, що є одними з найпоширеніших для виготовлення фасонного литва. Запропонована математична модель живлення двофазної зони металевих виливків, що твердіють під впливом регульованого газового тиску базується на термодинамічній клітинно-автоматній математичній моделі для опису металургійних процесів з фазовими переходами, що забезпечує коректний облік зміни термодинамічних характеристик металів при затвердінні. Модель живлення двофазної зони дозволяє забезпечити коректне врахування регульованого газового тиску в системі виливок-форма й може бути масштабована на двомірний, тривимірний простір. Наведені результати моделювання процесу живлення двохфазної зони виливку з алюмінієвого сплаву евтектичного складу. Отримані залежності кількості рідкої фази в локальних об’ємах в двофазній зоні.

Об'єктом дослідження є сплав АК7, що піддається комплексній дії вібрації та модифікування в процесі виробництва циліндричних заготовок способом лиття в кокіль. Одним з найбільш проблемних місць є визначення раціональних режимів впливу технологічних факторів на сплав, що забезпечують задоволення заданого рівня властивостей за умов їх конкуруючої природи. В ході дослідження використовувалися методи регресійного аналізу та визначалися за перспективні методи дисперсійного аналізу для підвищення точності висновків. Зокрема, наведено результати регресійного аналізу даних експериментально-промислових досліджень технології віброобробки з частотою 100-150 Гц з додатковим вводом у розплав ультрадисперсного модифікатору. Отримано результати, що стосуються підтвердження гіпотези щодо значущості впливу модифікатора на підвищення механічних властивостей сплаву: НВ, σ 0.2 , σ s , δ s , ψ. Це важливо, бо намагання підвищити властивості сплаву використанням комбінованих технологічних рішень незмінно викликає витрати енергії та матеріальних ресурсів. Завдяки цьому забезпечується можливість енерго-та ресурсозаощаджень в технологічному процесі. Отримані результати показали, що використання модифікування як додаткової складової технологічного процесу підвищую лише ψ, але зменшує НВ та σ s. В діапазоні частоти вібрації 100-140 Гц модифікування позитивно впливає на σ 0.2 , підвищення ж частоти вище цієї величини призводить до погіршення результату. Зворотній ефект спостерігається відносно δ s-з підвищенням частоти вібрації понад 140 Гц модифікування підвищує цю характиристику сплаву, в діапазоні 100-140 Гц введення модифікатора можна вважати не обгрунтованим. Таким чином, встановлено, що модифікування неоднозначно впливає на властивості сплаву, тому для вибора раціонального технологічного режиму потрібне вирішення компромісної задачі. Це пов'язано з виявленим фактом конкуруючих властивостей. Запропоновано для уточнення отриманих результатів використати методи дисперсійного аналізу. Ключові слова: технології віброобробки, вплив модифікування, сплав АК7, регресійний аналіз, дисперсійний аналіз.

No abstract

Purpose: Determine the possibility of modifying aluminium alloys of the Al-Si system with an ultrafine SiC modifier with a particle size of 3-5 μm. Design/methodology/approach: Processing of the Al-Si alloy was carried out by introducing an ultrafine modifier in the amount of 0.1, 0.2, or 0.3 wt.%. Silicon carbide (SiC) with a particle size in the range of 3-5 μm was used as a modifier. To study the microstructure of the formed surface layers, a metallographic analysis was performed according to the standard method on a microscope MIKPOTEX® MMT-14C using TopView software. Microhardness studies of the samples were carried out on a Vickers microhardness tester NOVOTEST TC-MKV1. The microstructure of castings of the AlSi12 grade was studied at magnification from 100 to 400 times on the horizontal and vertical surfaces of the samples after etching with a 2% NaOH aqueous solution. Findings: Aluminium cast alloy of Al-Si system has been synthesized with the addition of 0.1, 0.2, and 0.3 wt.% ultrafine SiC modifier. It was found that the modification of the AlSi12 alloy by SiC particles of 3-5 μm in size led to an improvement of its microstructure due to the reduction of the volume fraction of micropores and primary Si crystals. It was shown that the AlSi12 aluminium alloy due to the modification by 0.2 wt.% SiC has the best micromechanical properties and macrostructure density. Research limitations/implications: The obtained research results are relevant for cast specimens of the indicated sizes and shapes. The studies did not take into account the influence of the scale factor of the castings. Practical implications: The developed modification technology was recommended for use in the conditions of the foundry "Dnipropetrovsk Aggregate Plant" (Dnipro, Ukraine). Originality/value: The technology of AlSi12 alloy modification of ultrafine SIC modifier with a particle size of 3-5 μm was used for the first time.