Получение литых заготовок и изделий из первичных металлов в промышленности остается дорогостоящей процедурой. Ее удешевление возможно за счет повторного вовлечения в производство отходов, которые накапливаются на предприятиях в большом количестве. Научному коллективу из подведомственного Минобрнауки России Самарского государственного технического университета (СамГТУ, Самарский политех) удалось снизить себестоимость изготовления металлических изделий и при этом повысить их качество за счет замены лигатуры — основного компонента для приготовления сплава — на деформированные отходы.
Литейщики Самарского политеха провели эксперименты по получению двух видов сплавов — Al–Si–Mg (алюминий-кремний-магний) и Al–Mg (алюминий-магний) — из двух вариантов шихты, исходной смеси компонентов, необходимых для получения сплава. В одном случае она состояла только из первичных металлов, а во втором — из металлических отходов.
Для расплавов Al–Si–Mg в качестве «заменителей» чистого алюминия ученые использовали проволоку, а вместо чушковой лигатуры (основного компонента для приготовления сплава) — отходы в виде алюминиевых банок.
В свою очередь, сплав Al–Mg был приготовлен с привлечением отходов двух видов: в первом варианте исследователи использовали литые отходы, во втором — деформированные в виде пластин. В ходе проведенных экспериментов ученые пришли к выводу, что сплавы, полученные на основе отходов, получаются более качественными.
Полученные результаты объясняются структурной наследственностью металлов и сплавов.
«При переплавке отходов, например баночных, по традиционным технологиям выход годного металла не велик. Но так как в свое время при изготовлении они прошли сильное деформационное воздействие, то характеризуются мелкодисперсной структурой, которую нам удалось сохранить и через расплавленное состояние транслировать в твердую фазу, то есть в литое изделие», — пояснил Константин Никитин, руководитель проекта, декан факультета машиностроения, металлургии и транспорта Самарского политеха.
Чтобы достичь оптимального измельчения фазовых составляющих в структурах рабочих сплавов, ученые увеличили количество деформируемых отходов определенного вида, тем самым сократив использование дорогостоящей лигатуры. Формирование мелкодисперсных фазовых составляющих в структуре рабочих сплавов повышает их физико-механические свойства даже по сравнению со сплавами, полученными из первичных шихтовых материалов. А это означает, что снижается себестоимость литых изделий, повышается срок их службы и эксплуатационная надежность.
Опубликованные результаты экспериментов уже внедрены в научную и производственную деятельность Центра литейных технологий Самарского политеха. Также коллектив ученых разработал технологические инструкции, на основании которых производится различная продукция по заказам предприятий.
«В 2022 году мы произвели 800 кг припоев на основе алюминия для одного московского предприятия, а также направили пилотные партии отливок ответственного назначения для предприятий из Самары и Пензы. Разработанные нами технологические рекомендации позволяют снизить брак алюминиевого литья на производстве, а также уменьшить себестоимость литья за счет рационального использования рециклируемых отходов», —рассказал Константин Никитин.
В будущем научный коллектив планирует провести исследования по разработанной методике для титановых и жаропрочных сплавов, что будет особенно актуально для предприятий аэрокосмической отрасли.