ЗМІНА СТРУКТУРИ ТА МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЛИВАРНОГО СПЛАВУ АМ5, ЗМІЦНЕНОГО Zr: Procesi littâ, 2025, Vol 4 (162), 32-43
This paper investigates how modifying the AM5 casting alloy with Zr by introducing it into the melt as part of a zirconium tetrafluoride-based flux composition affects the alloy's structure and mechanical properties. This study is relevant because there is a need to create high-quality Al-Cu al...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine
2025
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/298 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Casting Processes |
Репозитарії
Casting Processes| id |
oai:ojs2.localhost:article-298 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Casting Processes |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-12-06T13:19:42Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
алюмінієво-мідні сплави цирконій тетрафторид цирконію зміцнення структура модифікування механічні властивості |
| spellingShingle |
алюмінієво-мідні сплави цирконій тетрафторид цирконію зміцнення структура модифікування механічні властивості Іванченко, Д.В. Ямшинський, М.М. Петрик, І.Я. Лук’яненко, І.В. Чвертко, Є.П. Кивгило, Б.В. Лютий, Р.В. Биба, Є.Г. Владимирський, І.А. ЗМІНА СТРУКТУРИ ТА МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЛИВАРНОГО СПЛАВУ АМ5, ЗМІЦНЕНОГО Zr: Procesi littâ, 2025, Vol 4 (162), 32-43 |
| topic_facet |
алюмінієво-мідні сплави цирконій тетрафторид цирконію зміцнення структура модифікування механічні властивості aluminum-copper alloys zirconium zirconium tetrafluoride strengthening structure modification mechanical properties |
| format |
Article |
| author |
Іванченко, Д.В. Ямшинський, М.М. Петрик, І.Я. Лук’яненко, І.В. Чвертко, Є.П. Кивгило, Б.В. Лютий, Р.В. Биба, Є.Г. Владимирський, І.А. |
| author_facet |
Іванченко, Д.В. Ямшинський, М.М. Петрик, І.Я. Лук’яненко, І.В. Чвертко, Є.П. Кивгило, Б.В. Лютий, Р.В. Биба, Є.Г. Владимирський, І.А. |
| author_sort |
Іванченко, Д.В. |
| title |
ЗМІНА СТРУКТУРИ ТА МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЛИВАРНОГО СПЛАВУ АМ5, ЗМІЦНЕНОГО Zr: Procesi littâ, 2025, Vol 4 (162), 32-43 |
| title_short |
ЗМІНА СТРУКТУРИ ТА МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЛИВАРНОГО СПЛАВУ АМ5, ЗМІЦНЕНОГО Zr: Procesi littâ, 2025, Vol 4 (162), 32-43 |
| title_full |
ЗМІНА СТРУКТУРИ ТА МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЛИВАРНОГО СПЛАВУ АМ5, ЗМІЦНЕНОГО Zr: Procesi littâ, 2025, Vol 4 (162), 32-43 |
| title_fullStr |
ЗМІНА СТРУКТУРИ ТА МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЛИВАРНОГО СПЛАВУ АМ5, ЗМІЦНЕНОГО Zr: Procesi littâ, 2025, Vol 4 (162), 32-43 |
| title_full_unstemmed |
ЗМІНА СТРУКТУРИ ТА МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЛИВАРНОГО СПЛАВУ АМ5, ЗМІЦНЕНОГО Zr: Procesi littâ, 2025, Vol 4 (162), 32-43 |
| title_sort |
зміна структури та механічних властивостей ливарного сплаву ам5, зміцненого zr: procesi littâ, 2025, vol 4 (162), 32-43 |
| title_alt |
CHANGE IN THE STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF THE AM5 CASTING ALLOY STRENGTHENED WITH Zr: Procesi littâ, 2025, Vol 4 (162), 32-43 |
| description |
This paper investigates how modifying the AM5 casting alloy with Zr by introducing it into the melt as part of a zirconium tetrafluoride-based flux composition affects the alloy's structure and mechanical properties. This study is relevant because there is a need to create high-quality Al-Cu alloys with increased strength and a stable microstructure for the aviation and automotive industries applications. The article analyzes the current state of research on alloying and modifying Al-Cu alloys, particularly the use of transition group elements, and demonstrates the potential effectiveness of using Zr. The research methodology involved melting the alloy and adding a complex flux, a mixture of zirconium tetrafluoride and lithium fluoride (ZrF4 and LiF compounds at a ratio of 1:1.2), at temperatures of 750 °С and 900 °С for 15 minutes. To evaluate the mechanical properties, uniaxial tensile tests were performed on standard samples in the cast state and in the T5 condition after heat-treatment. The chemical composition and microstructure were analyzed using energy-dispersive X-ray spectroscopy, X-ray fluorescence analysis, and scanning electron microscopy. A full factorial experiment of type 22 and regression analysis were used for statistical data processing. These methods allow one to predict the influence of melting temperature and ZrF4 concentration on strength and plasticity indicators based on the experimental results obtained in this study. The experimental data clearly show that introducing Zr into the melt causes the formation of the Al3Zr intermetallic compound, which acts as a crystallization center and inhibits grain growth, ensuring a refined structure. T5 heat treatment disperses the alloy, strengthening it due to the formation of fine CuAl2 phase inclusions and increasing the homogeneity of the structure. The best mechanical properties are achieved by adding 2% ZrF4 to the melt at 750 °С, followed by T5 treatment. The resulting temporary tensile strength is ~365 MPa, exceeding the values of the unmodified alloy by 10–20%. At the same time, the relative elongation remains at ~5%; thus, strengthening the alloy does not result in a loss of plasticity. These results confirm the effectiveness of using complex fluxes containing Zr to modify aluminum alloys because they simultaneously increase strength while maintaining sufficient plasticity. This makes them suitable for critical structural elements in aviation and automotive equipment. |
| publisher |
National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/298 |
| work_keys_str_mv |
AT ívančenkodv changeinthestructureandmechanicalpropertiesoftheam5castingalloystrengthenedwithzrprocesilitta2025vol41623243 AT âmšinsʹkijmm changeinthestructureandmechanicalpropertiesoftheam5castingalloystrengthenedwithzrprocesilitta2025vol41623243 AT petrikíâ changeinthestructureandmechanicalpropertiesoftheam5castingalloystrengthenedwithzrprocesilitta2025vol41623243 AT lukânenkoív changeinthestructureandmechanicalpropertiesoftheam5castingalloystrengthenedwithzrprocesilitta2025vol41623243 AT čvertkoêp changeinthestructureandmechanicalpropertiesoftheam5castingalloystrengthenedwithzrprocesilitta2025vol41623243 AT kivgilobv changeinthestructureandmechanicalpropertiesoftheam5castingalloystrengthenedwithzrprocesilitta2025vol41623243 AT lûtijrv changeinthestructureandmechanicalpropertiesoftheam5castingalloystrengthenedwithzrprocesilitta2025vol41623243 AT bibaêg changeinthestructureandmechanicalpropertiesoftheam5castingalloystrengthenedwithzrprocesilitta2025vol41623243 AT vladimirsʹkijía changeinthestructureandmechanicalpropertiesoftheam5castingalloystrengthenedwithzrprocesilitta2025vol41623243 AT ívančenkodv zmínastrukturitamehaníčnihvlastivostejlivarnogosplavuam5zmícnenogozrprocesilitta2025vol41623243 AT âmšinsʹkijmm zmínastrukturitamehaníčnihvlastivostejlivarnogosplavuam5zmícnenogozrprocesilitta2025vol41623243 AT petrikíâ zmínastrukturitamehaníčnihvlastivostejlivarnogosplavuam5zmícnenogozrprocesilitta2025vol41623243 AT lukânenkoív zmínastrukturitamehaníčnihvlastivostejlivarnogosplavuam5zmícnenogozrprocesilitta2025vol41623243 AT čvertkoêp zmínastrukturitamehaníčnihvlastivostejlivarnogosplavuam5zmícnenogozrprocesilitta2025vol41623243 AT kivgilobv zmínastrukturitamehaníčnihvlastivostejlivarnogosplavuam5zmícnenogozrprocesilitta2025vol41623243 AT lûtijrv zmínastrukturitamehaníčnihvlastivostejlivarnogosplavuam5zmícnenogozrprocesilitta2025vol41623243 AT bibaêg zmínastrukturitamehaníčnihvlastivostejlivarnogosplavuam5zmícnenogozrprocesilitta2025vol41623243 AT vladimirsʹkijía zmínastrukturitamehaníčnihvlastivostejlivarnogosplavuam5zmícnenogozrprocesilitta2025vol41623243 |
| first_indexed |
2025-09-24T17:41:15Z |
| last_indexed |
2025-12-17T12:07:52Z |
| _version_ |
1851774501246730240 |
| spelling |
oai:ojs2.localhost:article-2982025-12-06T13:19:42Z CHANGE IN THE STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF THE AM5 CASTING ALLOY STRENGTHENED WITH Zr: Procesi littâ, 2025, Vol 4 (162), 32-43 ЗМІНА СТРУКТУРИ ТА МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЛИВАРНОГО СПЛАВУ АМ5, ЗМІЦНЕНОГО Zr: Procesi littâ, 2025, Vol 4 (162), 32-43 Іванченко, Д.В. Ямшинський, М.М. Петрик, І.Я. Лук’яненко, І.В. Чвертко, Є.П. Кивгило, Б.В. Лютий, Р.В. Биба, Є.Г. Владимирський, І.А. алюмінієво-мідні сплави цирконій тетрафторид цирконію зміцнення структура модифікування механічні властивості aluminum-copper alloys zirconium zirconium tetrafluoride strengthening structure modification mechanical properties This paper investigates how modifying the AM5 casting alloy with Zr by introducing it into the melt as part of a zirconium tetrafluoride-based flux composition affects the alloy's structure and mechanical properties. This study is relevant because there is a need to create high-quality Al-Cu alloys with increased strength and a stable microstructure for the aviation and automotive industries applications. The article analyzes the current state of research on alloying and modifying Al-Cu alloys, particularly the use of transition group elements, and demonstrates the potential effectiveness of using Zr. The research methodology involved melting the alloy and adding a complex flux, a mixture of zirconium tetrafluoride and lithium fluoride (ZrF4 and LiF compounds at a ratio of 1:1.2), at temperatures of 750 °С and 900 °С for 15 minutes. To evaluate the mechanical properties, uniaxial tensile tests were performed on standard samples in the cast state and in the T5 condition after heat-treatment. The chemical composition and microstructure were analyzed using energy-dispersive X-ray spectroscopy, X-ray fluorescence analysis, and scanning electron microscopy. A full factorial experiment of type 22 and regression analysis were used for statistical data processing. These methods allow one to predict the influence of melting temperature and ZrF4 concentration on strength and plasticity indicators based on the experimental results obtained in this study. The experimental data clearly show that introducing Zr into the melt causes the formation of the Al3Zr intermetallic compound, which acts as a crystallization center and inhibits grain growth, ensuring a refined structure. T5 heat treatment disperses the alloy, strengthening it due to the formation of fine CuAl2 phase inclusions and increasing the homogeneity of the structure. The best mechanical properties are achieved by adding 2% ZrF4 to the melt at 750 °С, followed by T5 treatment. The resulting temporary tensile strength is ~365 MPa, exceeding the values of the unmodified alloy by 10–20%. At the same time, the relative elongation remains at ~5%; thus, strengthening the alloy does not result in a loss of plasticity. These results confirm the effectiveness of using complex fluxes containing Zr to modify aluminum alloys because they simultaneously increase strength while maintaining sufficient plasticity. This makes them suitable for critical structural elements in aviation and automotive equipment. У роботі досліджено вплив модифікування ливарного сплаву АМ5 Zr, введеним до розплаву у складі флюсової композиції на основі тетрафториду цирконію, на зміну структури та механічних властивостей сплаву. Актуальність дослідження зумовлена потребою у створенні високоякісних сплавів системи Al–Cu з підвищеною міцністю та стабільною мікроструктурою для застосування в авіаційній і автомобільній промисловості. У статті проаналізовано сучасний стан досліджень щодо легування та модифікування сплавів системи Al–Cu, зокрема із застосуванням елементів перехідної групи, та доведено перспективність використання Zr як ефективного модифікатора. Методика досліджень передбачала проведення плавлення сплаву із введенням комплексного флюсу, який являв собою суміш тетрафториду цирконію та фториду літію (співвідношення сполук ZrF4 та LiF у композиції 1:1,2) при температурах 750 °С та 900 °С із витримкою 15 хв. Для оцінки механічних властивостей використовували випробування на одновісний розтяг стандартних зразків у литому стані та після термічної обробки за режимом Т5. Хімічний склад і мікроструктуру проаналізовано методами енергодисперсійного рентгеноспектрального та рентгенофлуоресцентного аналізу, а також растрової електронної мікроскопії. Для статистичної обробки даних застосовано повний факторний експеримент типу 22 та регресійний аналіз, що дозволяє прогнозувати вплив температури плавлення і концентрації ZrF4 на показники міцності та пластичності на основі отриманих в даному дослідженні експериментальних результатів. Отримані експериментальні дані переконливо свідчать, що введення Zr до розплаву зумовлює формування інтерметаліду Al3Zr, який слугує центром кристалізації та перешкоджає росту зерен, забезпечуючи подрібнення структури. Термічна обробка за режимом Т5 сприяє дисперсійному зміцненню сплаву завдяки утворенню дрібних вкраплень фази CuAl2 та підвищенню однорідності структури. Встановлено, що найкращі механічні характеристики досягаються в результаті введення до розплаву 2 % ZrF4 при температурі 750 °С у поєднанні з подальшою обробкою за режимом Т5: тимчасовий опір розриванню становить ~365 МПа, що перевищує показники немодифікованого сплаву на 10…20 %. При цьому відносне подовження залишається на рівні ~5 %, тобто зміцнення сплаву не призводить до втрати ним характеристик пластичності. Зроблені висновки підтверджують ефективність використання комплексних флюсів із Zr для модифікування алюмінієвих сплавів, оскільки вони дозволяють одночасно підвищити міцність і зберегти достатній рівень пластичності, що робить можливим їх застосування у відповідальних конструкційних елементах авіаційної та автомобільної техніки. National Academy of Sciences of Ukraine, Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of NAS of Ukraine 2025-12-05 Article Article application/pdf https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/298 10.15407/plit2025.04.032 Casting processes; Casting processes №4 (162) 2025; 32-43 Процеси лиття; Процеси лиття №4 (162) 2025; 32-43 2707-1626 0235-5884 uk https://plit-periodical.org.ua/index.php/plit/article/view/298/301 https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |