RUDN Journal of Engineering ResearchRUDN Journal of Engineering ResearchВестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования2312-81432312-8151Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)3124610.22363/2312-8143-2022-23-1-57-64ArticlesСтатьиResearch ArticleModification of copper alloys with ultrafine powdersМодифицирование медных сплавов ультрадисперсными порошкамиhttps://orcid.org/0000-0002-6939-1658MalkovaMarianna Yu.МальковаМарианна Юрьевна

Doctor of Technical Sciences, Director of the Department of Mechanical Engineering and Instrumentation, Academy of Engineering

доктор технических наук, директор департамента машиностроения и приборостроения, Инженерная академия

malkova-myu@rudn.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7787-8290ZadiranovAlexander N.ЗадирановАлександр Никитич

Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Combustion Processes and Environmental Safety, Educational and Scientific Complex of Combustion Processes and Environmental Safety

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры процессов горения и экологической безопасности, Учебно-научный комплекс процессов горения и экологической безопасности

zadiranov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7829-9610GerasimovaIrina N.ГерасимоваИрина Николаевна

senior lecturer, Department of Combustion Processes and Environmental Safety, Educational and Scientific Complex of Combustion Processes and Environmental Safety

старший преподаватель, кафедра процессов горения и экологической безопасности, Учебно-научный комплекс процессов горения и экологической безопасности

malviktpp@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-0515-4167GrushevaTatiana G.ГрушеваТатьяна Геннадьевна

senior lecturer, Department of Combustion Processes and Environmental Safety, Educational and Scientific Complex of Combustion Processes and Environmental Safety

старший преподаватель, кафедра процессов горения и экологической безопасности, Учебно-научный комплекс процессов горения и экологической безопасности

malviktpp@gmail.comPeoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)Российский университет дружбы народовState Fire Academy of EMERCOM of RussiaАкадемия государственной противопожарной службы МЧС России19062022231VOL 23, NO1 (2022)ТОМ 23, №1 (2022)576419062022Copyright ©; 2022, Malkova M.Y., Zadiranov A.N., Gerasimova I.N., Grusheva T.G.Copyright ©; 2022, Малькова М.Ю., Задиранов А.Н., Герасимова И.Н., Грушева Т.Г.2022Malkova M.Y., Zadiranov A.N., Gerasimova I.N., Grusheva T.G.Малькова М.Ю., Задиранов А.Н., Герасимова И.Н., Грушева Т.Г.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/engineering-researches/article/view/31246

Modification of metal melts by mechanochemically activated ultrafine powders (UDP) makes it possible to obtain ferrous and non-ferrous metal alloys with fundamentally new performance properties due to changes in the structure of metal alloys. The purposes of this work were to analyse the efficiency of the process of modifying copper alloys with ultrafine powders and to develop a special device for introducing a modifier into the melt. Experimental studies of the process of modifying melts of aluminum, silicon and tin bronze with mechanochemically activated UDP of natural graphite, as well as silicon and aluminum oxides with a fraction of -100+0 microns in a concentration of 0.2-0.25 % were carried out. It is shown that the modification of bronze melts by the above-mentioned powders affects the microstructure of alloys, intensively grinding it in comparison with the initial structure. It was found that the reduction in the size of the dendritic cell in comparison with the initial alloy reaches 25%, and the micrograin - 230%. Grain grinding leads to an increase in the mechanical properties of copper alloys, such as Brinell hardness HB, tensile strength σb, elongation δ. For more efficient implementation of the process of modifying metal melts with ultrafine powders, an original design of a device for introducing modifiers into the melt has been developed, characterized by simplicity and cost-effectiveness of execution.

Модифицирование металлических расплавов механохимически активированными ультрадисперсными порошками (УДП) позволяет получать сплавы черных и цветных металлов с принципиально новыми эксплуатационными свойствами за счет изменения структуры металлических сплавов. Цели исследования - проанализировать эффективность процесса модифицирования медных сплавов ультрадисперсными порошками и разработать специальное устройство для введения модификатора в расплав. Процесс модифицирования расплавов алюминиевой, кремниевой и оловянной бронз механохимически активированными УДП природного графита, оксидов кремния и алюминия фракцией -100+0 мкм в концентрации 0,2-0,25 % изучен экспериментальным путем. Показано, что модифицирование вышеназванными порошками расплавов бронз отражается на микроструктуре сплавов, интенсивно измельчая ее по сравнению с исходной структурой. Установлено, что уменьшение размеров дендритной ячейки по сравнению с исходным сплавом достигает 25 %, а микрозерна - 230 %. Измельчение зерна приводит к повышению механических свойств медных сплавов, таких как твердость по Бринеллю НВ, предел прочности на растяжение σв, относительное удлинение δ. Для более эффективного осуществления процесса модифицирования металлических расплавов ультрадисперсными порошками разработана оригинальная конструкция устройства для ввода модификаторов в расплав, отличающаяся простотой и экономичностью исполнения.

copper bronzesultrafine powdersUDPmechanical propertiesmodificationstructureбронзыультрадисперсные порошкиУДПмеханические свойствамодифицированиеструктураKarabasov YuS. New materials. Moscow: MISiS Publ.; 2002. (In Russ.)Карабасов Ю.С. Новые материалы. М.: МИСиС, 2002. 736 с.Cekhanov YuA, Harchenko IV, Dzhemalyadinov RM, Skakun VV. Influence of ultradispersed modificators of fluids on power characteristics of the process of cutting construction materials. Bulletin of Voronezh State Technical University. 2018;14(6):140–145. (In Russ.)Цеханов Ю.А., Харченко И.В., Джемалядинов Р.М., Скакун В.В. Влияние ультрадисперсных модификаторов технологических сред на силовые характеристики процесса точения конструкционных материалов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2018. Т. 14. № 6. С. 140-145.Zadiranov AN, Koltunov II, Malkova MYu. Nanotechnology in metallurgy. Moscow: CKT Publ.; 2012. (In Russ.)Задиранов А.Н., Колтунов И.И., Малькова М.Ю. Нанотехнологии в металлургии. М.: ЦКТ, 2012. 224 с.Krushenko GG. Application of nanopowders of chemical compounds to improve the quality of metal products. Tekhnologiya Mashinostroeniya. 2002;(3):3–6. (In Russ.)Крушенко Г.Г. Применение нанопорошков химических соединений для улучшения качества металлоизделий // Технология машиностроения. 2002. № 3. С. 3-6.Zykova A, Kalashnikov M, Popova N, Kurzina I. Fine structure and phase composition of Fe–14Mn–1.2C steel: influence of a modified mixture based on refractory metals. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2017;24(5):523–529.Zykova A., Kalashnikov M., Popova N., Kurzina I. Fine structure and phase composition of Fe-14Mn-1.2C steel: influence of a modified mixture based on refractory metals // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2017. Vol. 24. No 5. Pp. 523-529.Zykova AP, Fedoseev SN, Lychagin DV. Steel GX120MN12 modifying by ultradisperse powders of refractory metal oxides. Handbook. An Engineering Journal. 2014;(9(210)):3–7. (In Russ.) https://doi.org/10.14489/hb.2014.09.pp.003-007Зыкова А.П., Федосеев С.Н., Лычагин Д.В. Модифицирование стали 110Г13Л ультрадисперсными порошками оксидов тугоплавких металлов // Справочник. Инженерный журнал. 2014. № 9 (210). С. 3-7. https://doi.org/10.14489/hb.2014.09.pp.003-007Zykova AP, Chumaevskij AV, Lychagin DV, Kurzina IA, Abzaev YuA, Dement TV. The effect of modification of metal oxides by ultrafine powders on the deformation behavior and destruction of cast iron of the ICHH28H2 grade. Izvestiya Vysshih Uchebnyh Zavedenij. Fizika. 2013;56(12–2):110–115. (In Russ.)Зыкова А.П., Чумаевский А.В., Лычагин Д.В., Курзина И.А., Абзаев Ю.А., Демент Т.В. Влияние модифицирования ультрадисперсными порошками оксидов металлов на деформационное поведение и разрушение чугуна марки ИЧХ28Н2 // Известия вузов. Физика. 2013. Т. 56. № 12-2. С. 110-115.Zykova AP, Kurzina IA, Chumaevskij AV, Lychagin DV. Modification of cast iron with ultrafine powders of metal oxides. In: Kuzminov AL. (ed.) Scientific and Technical Progress in Ferrous Metallurgy: 1st International Scientific and Technical Conference (Cherepovets, 2–4 October 2013). Cherepovets; 2013. p. 112–114. (In Russ.)Зыкова А.П., Курзина И.А., Чумаевский А.В., Лычагин Д.В. Модифицирование чугунов ультрадисперсными порошками оксидов металлов // Научно-технический прогресс в черной металлургии: I Международная научно-техническая конференция (Череповец, 2-4 октября 2013 г.) / отв. ред. А.Л. Кузьминов. Череповец, 2013. С. 112-114.Zykova AP, Lychagin DV, Chumaevskij AV, Kurzina IA, Novomejskij MYu. Influence of modification by ultradispersed powders of oxides of refractory metals and cryolite on the structure, mechanical properties and destruction of SCH25 cast iron. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2014:57(11):37–42. (In Russ.)Зыкова А.П., Лычагин Д.В., Чумаевский А.В., Курзина И.А., Новомейский М.Ю. Влияние модифицирования ультрадисперсными порошками оксидов тугоплавких металлов и криолита на структуру, механические свойства и разрушение чугуна СЧ25 // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 11. С. 37-42.Zykova A, Lychagin D, Chumaevsky A, Popova N, Kurzina I. Influence of ultrafine particles on structure, mechanical properties, and strengthening of ductile cast iron. Metals. 2018;8(7):559. http://doi.org/10.3390/MET8070559Zykova A., Lychagin D., Chumaevsky A., Popova N., Kurzina I. Influence of ultrafine particles on structure, mechanical properties, and strengthening of ductile cast iron // Metals. 2018. Vol. 8. No. 7. 559. http://doi.org/10.3390/MET8070559Panin SV, Kornienko LA, Vannasri S, Ivanova LR, Shilko SV. Comparative analysis of the influence of nano- and microfillers of oxidized al. on the frictional-mechanical characteristics of UHMWPE. Journal of Friction and Wear. 2010;31(5):371–377. (In Russ.)Панин С.В., Корниенко Л.А., Ваннасри С., Иванова Л.Р., Шилько С.В. Сравнительный анализ влияния нано- и микронаполнителей окисленного Аl на фрикционно-механические свойства СВМПЭ // Трение и износ. 2010. Т. 31. № 5. С. 492-499.Zykova A, Martyushev N, Skeeba V, Zadkov D, Kuzkin A. Influence of W addition on microstructure and mechanical properties of Al-12%Si alloys. Materials. 2019;12(6):981. https://doi.org/10.3390/ma12060981Zykova A., Martyushev N., Skeeba V., Zadkov D., Kuzkin A. Influence of W addition on microstructure and mechanical properties of Al-12%Si alloys // Materials. 2019. Vol. 12. No 6. 981. https://doi.org/10.3390/ma12060981Zykova A, Kazantseva L, Vorozhtsov A, Kurzina I, Popova N. Influence of modifying mixtures on Si crystal formation in Al-7%Si alloy. Metals. 2018;8(2):98. https://doi.org/10.3390/MET8020098Zykova A., Kazantseva L., Vorozhtsov A., Kurzina I., Popova N. Influence of modifying mixtures on Si crystal formation in Al-7%Si alloy // Metals. 2018. Vol. 8. No 2. 98. https://doi.org/10.3390/MET8020098Martyushev NV, Bashev VS, Zykova AP. Influence of soaking time of modifier in melt on microstructure of Al-12%Si alloys. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017;177:012118. https://doi.org/10.1088/1757-899X/177/1/012118Martyushev 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. 012118. https://doi.org/10.1088/1757-899X/177/1/012118Bashev VS. Investigation of the effect of ultrafine powder W on the structure and properties of the foundry alloy of the Al-Si system. 24th Tupolev Readings (School of Young Scientists: Texts of Reports of Participants of the International Youth Scientific Conference (vol. 1, p. 231–235). Kazan; 2019. (In Russ.)Башев В.С. Исследование влияния ультрадисперсного порошка W на структуру и свойства литейного сплава системы Al-Si // XXIV Туполевские чтения (школа молодых ученых): тексты докладов участников международной молодежной научной конференции: в 6 т. T. 1. Казань, 2019. С. 231-235.Semenkov IV, Martyushev NV, Drozdov YY, Zykova AP, Popelyukh AI, Alpeisov AT. The influence of modification by superdispersed powders on the lead-TiN-base bronze structure. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016:012114. https://doi.org/10.1088/1757-899X/124/1/012114Semenkov I.V., Martyushev N.V., Drozdov Y.Y., Zykova A.P., Popelyukh A.I., Alpeisov A.T. The influence of modification by superdispersed powders on the lead-TiN-base bronze structure // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. 012114. https://doi.org/10.1088/1757-899X/124/1/012114Serikbol A, Fedoseev SN. Modification of materials with ultrafine powders. In Gorokhov AA (ed.) Perspective development of science, technology and technologies. Materials of the 3rd International Scientific and Practical Conference (vol. 3). Kursk; 2013. p. 205–207. (In Russ.)Серикбол А., Федосеев С.Н. Модифицирование материалов ультрадисперсными порошками // Перспективное развитие науки, техники и технологий: материалы 3-й Международной научно-практической конференции (Курск, 18 октября 2013 г.): в 3 т. Т. 3 / отв. ред. А.А. Горохов. Курск, 2013. С. 205-207.Saburov VP, Cherepanov AN, Zhukov MF, Galevskij GV, Krushenko GG, Borisov VT. Plasma chemical synthesis of ultrafine powders and their application for modification of metals and alloys. Low-Temperature Plasma (vol. 12). Novosibirsk: Nauka Publ.; 1995. (In Russ.)Сабуров В.П., Черепанов А.Н., Жуков М.Ф., Галевский Г.В., Крушенко Г.Г., Борисов В.Т. Плазмохимический синтез ультрадисперсных порошков и их применение для модифицирования металлов и сплавов // Низкотемпературная плазма: в 12 т. Т. 12. Новосибирск: Наука, 1995. 344 с.