Кінетика розчинення модифікаторів в розплавах на основі алюмінію
This study investigates the dissolution kinetics of pure metals (Cu, Zr, Ti) and crystalline modifiers of the Al–Zr and Al–Cu–Zr–Ni systems in the melt of high-strength aluminum alloy B95. The relevance of the research stems from the limited understanding of the interaction mechanisms between multic...
Saved in:
| Date: | 2025 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Physico- Technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine
2025
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://momjournal.org.ua/index.php/mom/article/view/2025-3-4 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Metal Science and Treatment of Metals |
Institution
Metal Science and Treatment of Metals| id |
oai:ojs2.localhost:article-347 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Metal Science and Treatment of Metals |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-11-23T17:40:10Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
кінетика розчинення модифікатор розплави на основі алюмінію |
| spellingShingle |
кінетика розчинення модифікатор розплави на основі алюмінію Verkhovliuk, A. M. Zhelezniak , O. V. Кінетика розчинення модифікаторів в розплавах на основі алюмінію |
| topic_facet |
dissolution kinetics modifier aluminum-based melts кінетика розчинення модифікатор розплави на основі алюмінію |
| format |
Article |
| author |
Verkhovliuk, A. M. Zhelezniak , O. V. |
| author_facet |
Verkhovliuk, A. M. Zhelezniak , O. V. |
| author_sort |
Verkhovliuk, A. M. |
| title |
Кінетика розчинення модифікаторів в розплавах на основі алюмінію |
| title_short |
Кінетика розчинення модифікаторів в розплавах на основі алюмінію |
| title_full |
Кінетика розчинення модифікаторів в розплавах на основі алюмінію |
| title_fullStr |
Кінетика розчинення модифікаторів в розплавах на основі алюмінію |
| title_full_unstemmed |
Кінетика розчинення модифікаторів в розплавах на основі алюмінію |
| title_sort |
кінетика розчинення модифікаторів в розплавах на основі алюмінію |
| title_alt |
Kinetics of modifier dissolution in aluminum-based melts |
| description |
This study investigates the dissolution kinetics of pure metals (Cu, Zr, Ti) and crystalline modifiers of the Al–Zr and Al–Cu–Zr–Ni systems in the melt of high-strength aluminum alloy B95. The relevance of the research stems from the limited understanding of the interaction mechanisms between multicomponent master alloys and liquid aluminum, which constrains the ability to control the structure and properties of cast products. The aim of the work is to establish the dissolution patterns of various types of modifiers in the melt, considering the effects of temperature, holding time, and phase composition. Experimental investigations were conducted using the rotating disk method, which ensures a uniformly accessible contact surface with the melt. The contact time between solid samples and the aluminum-based melt ranged from several seconds to one hour. Mass loss due to oxidation or evaporation was determined through control experiments, where samples underwent all stages except dissolution. Specific dissolution rates of the components were determined and correlated with the physicochemical properties of the materials. It was found that copper exhibits the highest dissolution rate among the pure metals studied (18.6 kg/m²·s), while zirconium and titanium dissolve approximately ten times slower. Crystalline modifiers dissolve significantly faster than their corresponding pure metals. In particular, samples of the Al–Cu–Zr–Ni system lose half their mass within 30 seconds of contact with the melt at 750 °C, indicating a strong influence of structural factors on the dissolution process. The scientific novelty of the work lies in the quantitative comparison of dissolution rates between pure metals and multicomponent master alloys, as well as in identifying the role of phase transformations and surface activity in the dissolution dynamics. The results expand existing concepts of modifier–melt interaction mechanisms and can be applied to optimize alloying and modification regimes for aluminum alloys in industrial practice. |
| publisher |
Physico- Technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://momjournal.org.ua/index.php/mom/article/view/2025-3-4 |
| work_keys_str_mv |
AT verkhovliukam kineticsofmodifierdissolutioninaluminumbasedmelts AT zhelezniakov kineticsofmodifierdissolutioninaluminumbasedmelts AT verkhovliukam kínetikarozčinennâmodifíkatorívvrozplavahnaosnovíalûmíníû AT zhelezniakov kínetikarozčinennâmodifíkatorívvrozplavahnaosnovíalûmíníû |
| first_indexed |
2025-10-21T01:45:43Z |
| last_indexed |
2025-12-02T19:01:29Z |
| _version_ |
1851774501167038464 |
| spelling |
oai:ojs2.localhost:article-3472025-11-23T17:40:10Z Kinetics of modifier dissolution in aluminum-based melts Кінетика розчинення модифікаторів в розплавах на основі алюмінію Verkhovliuk, A. M. Zhelezniak , O. V. dissolution kinetics modifier aluminum-based melts кінетика розчинення модифікатор розплави на основі алюмінію This study investigates the dissolution kinetics of pure metals (Cu, Zr, Ti) and crystalline modifiers of the Al–Zr and Al–Cu–Zr–Ni systems in the melt of high-strength aluminum alloy B95. The relevance of the research stems from the limited understanding of the interaction mechanisms between multicomponent master alloys and liquid aluminum, which constrains the ability to control the structure and properties of cast products. The aim of the work is to establish the dissolution patterns of various types of modifiers in the melt, considering the effects of temperature, holding time, and phase composition. Experimental investigations were conducted using the rotating disk method, which ensures a uniformly accessible contact surface with the melt. The contact time between solid samples and the aluminum-based melt ranged from several seconds to one hour. Mass loss due to oxidation or evaporation was determined through control experiments, where samples underwent all stages except dissolution. Specific dissolution rates of the components were determined and correlated with the physicochemical properties of the materials. It was found that copper exhibits the highest dissolution rate among the pure metals studied (18.6 kg/m²·s), while zirconium and titanium dissolve approximately ten times slower. Crystalline modifiers dissolve significantly faster than their corresponding pure metals. In particular, samples of the Al–Cu–Zr–Ni system lose half their mass within 30 seconds of contact with the melt at 750 °C, indicating a strong influence of structural factors on the dissolution process. The scientific novelty of the work lies in the quantitative comparison of dissolution rates between pure metals and multicomponent master alloys, as well as in identifying the role of phase transformations and surface activity in the dissolution dynamics. The results expand existing concepts of modifier–melt interaction mechanisms and can be applied to optimize alloying and modification regimes for aluminum alloys in industrial practice. У роботі досліджено кінетику розчинення чистих металів (Cu, Zr, Ti) та кристалічних модифікаторів систем Al–Zr і Al–Cu–Zr–Ni у розплаві високоміцного алюмінієвого сплаву В95. Актуальність дослідження зумовлена недостатньою вивченістю механізмів взаємодії багатокомпонентних лігатур з рідким алюмінієм, що обмежує можливості керування структурою та властивостями виливків. Метою роботи є встановлення закономірностей розчинення різних типів модифікаторів у розплаві з урахуванням впливу температури, часу витримки та фазового складу. Експериментальні дослідження проведено методом обертового диска, що забезпечує рівнодоступну поверхню контакту з розплавом. Зразки діаметром 10 мм з чистих металів (Cu, Zr, Ti) виготовляли на токарному верстаті, а кристалічні лігатури систем Al-Zr і Al-Cu-Zr-Ni заливали в спеціально виготовленні графітові обойми. Час контакту твердих зразків з розплавом на основі алюмінію складав від декількох секунд до години. Зміну маси зразка за рахунок угару або окислення визначали по зміні маси твердих зразків при холостих дослідженнях, де зразок проходив всі стадії експерименту, окрім розчинення. Визначено питомі швидкості розчинення компонентів та їх залежність від фізико-хімічних властивостей матеріалів. Встановлено, що мідь має найвищу швидкість розчинення серед досліджених чистих металів (18,6 кг/м²·с), тоді як цирконій і титан — на порядок нижчу. Показано, що кристалічні модифікатори розчиняються значно швидше, ніж відповідні чисті метали. Зокрема, маса зразків системи Al–Cu–Zr–Ni зменшується удвічі вже за 30 секунд контакту з розплавом при температурі 750 °C, що свідчить про активну участь структурних чинників у процесі розчинення. Наукова новизна роботи полягає у кількісному порівнянні швидкостей розчинення чистих металів і багатокомпонентних лігатур, а також у виявленні ролі фазових перетворень та поверхневої активності в динаміці розчинення. Отримані результати доповнюють існуючі уявлення про механізми взаємодії модифікаторів з алюмінієвими розплавами та можуть бути використані для оптимізації режимів легування і модифікування алюмінієвих сплавів у промислових умовах. Physico- Technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine 2025-09-30 Article Article application/pdf https://momjournal.org.ua/index.php/mom/article/view/2025-3-4 10.15407/mom2025.03.035 Scientific Technical Journal; Vol. 31 No. 3 (2025): The Scientific Technical journal Metal Science and Treatment of Metals Науково-технічний журнал; Том 31 № 3 (2025): Науково-технічний журнал Металознавство та обробка металів 2664-2441 2073-9583 uk https://momjournal.org.ua/index.php/mom/article/view/2025-3-4/347 Copyright (c) 2025 Scientific Technical Journal https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |