Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 842
Изучение влияния режима термообработки на макроструктуру и длительную прочность сплава ХН51ВМТЮКФР
Статья научная
Представлены результаты работы, проведенной с целью определения путей оптимизации режима термообработки образцов сплава ХН51ВМТЮКФР. Показано, что величина длительной прочности образцов сплава может быть несколько повышена за счет некоторого увеличения температуры нагрева при первой закалке. Описана методика стабилизации длительной прочности сплава.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследовано влияние основных операций изготовления латунных шаровых кранов (выплавки, непрерывного литья цилиндрических заготовок, горячей штамповки корпуса детали, механической обработки и последующего поверхностного гальванического никелирования) на качество готового крана. При этом оценивались сплошность материала, т. е. наличие или отсутствие макро- и микротрещин и его твердость. После каждой из названных операций с помощью оптического и сканирующего электронного микроскопов (JEOL JSM 7001F и Carl Zeiss Axio Observer D1m) детально изучена микроструктура и измерена твердость отдельных фаз на микротвердомере Futur Tech FM-800. Установлено, что несплошности материала в литой заготовке по ее поперечному сечению и длине прутка отсутствуют, но отмечаются характерные для литой структуры неоднородности по форме, размеру и количеству основных структурных составляющих, в некоторых местах зафиксированы сплошные цепочки из частиц Pb по межфазным α/β границам. При последующей горячей штамповке полуфабрикатов микротрещины формируются на частицах свинца и неметаллических выделений, образованных элементами-примесями: железом и кремнием. Прочность (твердость) в разных частях штамповки неодинакова из-за разной величины горячего наклепа вследствие различий в степенях деформации и последующей рекристаллизации. В целом твердость деформированной латуни выше литого состояния. В готовом изделии определены зародыши микротрещин, однако технологический этап, когда они формировались, указать определенно нельзя. Они могли быть унаследованы от штамповки или образоваться позднее при обработке резанием в результате действия внутренних напряжений.
Бесплатно
Изучение вольт-омических характеристик композитов на основе гексаферрита бария
Статья научная
К настоящему времени задача создания новых, ранее неизвестных материалов, которые будут обладать востребованными на практике характеристиками, остается актуальной. В данной статье представлены результаты исследования магнитных материалов, которые пользуются большим спросом в современных технологиях. Одна из важных характеристик магнитных материалов - электрическое сопротивление. Так как удельное электрическое сопротивление магнитных материалов, главным образом, зависит от их химического состава, структуры и способа получения, цель представленного исследования состоит в том, чтобы создать и исследовать концентрационный ряд композитов, отобрать предпочтительные составы материалов на основе гексаферрита бария для дальнейшего изучения. В данной работе представлены результаты получения и исследования композиционных материалов на основе гексаферрита бария BaFe12O19, который известен разнообразием своих функциональных характеристик. Важная среди них - высокое значение удельного электрического сопротивления. Для исследования свойств таких материалов была подготовлена серия образцов, полученных методом двухстадийного твердофазного синтеза гексаферрита бария с добавлением оксида алюминия Al2O3 и оксида бора B2O3. Первая стадия - синтез гексаферрита бария BaFe12O19 из карбоната бария BaCO3 и оксида железа Fe2O3 (гомогенизация, компактирование, спекание, измельчение, классификация порошка). Вторая стадия - получение композиционных материалов из порошков гексаферрита бария BaFe12O19, оксидов бора B2O3 или алюминия Al2O3 (гомогенизация, компактирование, спекание). Добавление оксидов алюминия Al2O3 и бора B2O3, по мнению авторов, способно обеспечить варьирование в широких пределах свойств композита за счет разницы магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости его компонентов. Для измерения электрического сопротивления синтезированных образцов использовали устройство MIC-2500 в диапазоне напряжений постоянного тока 50-2500 В. В работе построены зависимости удельного сопротивления от концентрации оксидов. Определены оптимальные составы с лучшими значениями удельного сопротивления для исследуемых композитов.
Бесплатно
Изучение коррозионной стойкости высокоэнтропийного сплава Al0,5CoCrFeNi1,6Ti0,7 в морской воде
Статья научная
Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) - сравнительно новый вид сплавов и интерес к ним постоянно растет. В отличие от традиционных сплавов, базирующихся на одном-двух основных компонентах, ВЭС включают в себя пять и более компонентов в близких к эквимолярному соотношениях. Известно, что ряд ВЭС проявляют высокий уровень полезных свойств. Такие сплавы сочетают высокую прочность и пластичность, повышенное сопротивление усталости, высокую твердость и износостойкость, высокую термическую стабильность. Разработка новых составов и исследование свойств получаемых высокоэнтропийных сплавов в настоящее время являются актуальными материаловедческими задачами. Создание коррозионностойких ВЭС и исследование их поведения в водных растворах щелочей, кислот и солей обосновывается возможностью нанесения покрытий из ВЭС на изделия, эксплуатируемые в агрессивных водных растворах, в том числе и в морской воде. Настоящая работа посвящена исследованию коррозионной стойкости высокоэнтропийного сплава Al0,5CoCrFeNi1,6Ti0,7 в водном растворе - аналоге морской воды в течение 93 дней с целью определения длительной устойчивости данного сплава при эксплуатации в условиях Северного морского пути. Показано, что данный сплав имеет сложную многофазную структуру, что не ухудшает коррозионную стойкость при эксплуатации в морской воде. ВЭС Al0,5CoCrFeNi1,6Ti0,7 демонстрирует изменение массы по параболическому закону. За все время испытаний прибавка массы составила величину порядка 2,7 мг/см2. Большая часть поверхности исследуемого сплава после испытаний покрыта тонкой оксидной пленкой; в составе пленки преобладают оксиды титана, хрома и никеля.
Бесплатно
Статья научная
Проблема переработки отвальных медных шлаков является одной из актуальных проблем, решение которой может служить дополнительным источником цветных и черных металлов, а также улучшить состояние окружающей среды в районах действия предприятий. Рассмотрены теоретические основы твердофазного восстановления компонентов шлака углеродом с целью создания новой комплексной технологии совместной переработки шлаков медеплавильного производства и отработанного медного электролита с расширением ассортимента выпускаемой продукции.
Бесплатно
Изучение процесса образования карбидов хрома из компонентов расплава системы Cu-Cr-C
Статья научная
Изучена возможность образования частиц карбидов хрома из компонентов расплава системы Cu-Cr-C для интервала температур 1100-1500 °С. Актуальность исследования обусловлена необходимостью создания новых упрочненных сплавов с высокой электропроводностью. В ходе работы было проведено термодинамическое моделирование фазовых равновесий, реализующихся в медном углу фазовой диаграммы системы Cu-Cr-C в условиях существования расплава на основе меди, для интервала температур 1100-1500 °С. Для моделирования использовался программный пакет FactSage версия 7.0. В рамках настоящего исследования были проведены также экспериментальные работы по изучению результатов процесса взаимодействия медно-хромового расплава с графитом. В процессе изучения экспериментальных образцов с использованием растрового электронного микроскопа и микрорентгеноспектрального анализа были определены форма и состав образовавшихся неметаллических включений. Установлено, что неметаллические включения в экспериментальных образцах, полученных в условиях выдержки металлического расплава в контакте с графитом, представлены частицами карбидов хрома размерами не более 15 мкм. Результаты работы могут быть использованы для анализа технологических процессов производства меди и сплавов на ее основе, а также при разработке составов для производства металломатричных композиционных материалов.
Бесплатно
Изучение смачиваемости WC расплавом железа различными методами
Статья научная
Изложены результаты измерения угла смачиваемости карбида вольфрама различными методами: методом «лежачей капли» и капиллярным методом, проведенные в экспериментальном комплексе Института литья (Польша, г. Краков).
Бесплатно
Изучение трансформации дефектов поверхности при производстве труб в условиях ТПА-80
Статья научная
Требования современных российских и зарубежных стандартов ужесточаются в части регламентирования допускаемой глубины дефектов на поверхности готовых труб. Наличие несоответствий портит внешний вид продукции, повышает риск возникновения брака при производстве труб, отнесения труб к категории попутной, снижает конкурентное преимущество трубопрокатных агрегатов с непрерывным раскатным станом - производительность процесса. В то же время требования к качеству поверхности исходных горячедеформированных или непрерывнолитых заготовок допускают наличие дефектов на поверхности, обусловленных производством. В связи с этим необходимо изыскание резервов технологии производства труб, направленных на уменьшение глубины этих дефектов. Режимы горячей прокатки бесшовных труб в отдельных станах ТПА могут способствовать появлению дефектов, но также уменьшению глубины дефектов заготовки. В статье приводятся результаты применения комплексного подхода к изучению процессов трансформации дефектов заготовки при прокатке в станах линии ТПА-80. На основе статистического анализа качества труб определены виды дефектов наружной поверхности труб, характерные для данной технологии. Изучены и уточнены причины возникновения дефектов наружной поверхности вида раковина-вдав, плена трубопрокатная, закат. В зависимости от вида дефекта при производственных испытаниях уточнено место их возникновения в линии ТПА. Изучены механизмы формирования данных дефектов из дефектов исходной заготовки. С привлечением методов компьютерного моделирования исследовано влияние технологических параметров прокатки на изменение геометрических характеристик дефектов различной формы и исходной глубины. Редукционный стан не оказывает существенного влияния на уменьшение глубины дефектов. Наибольшим разнообразием настроечных параметров прокатки в линии ТПА-80 обладают прошивной и непрерывный раскатной станы на плавающей оправке. Предложены формулы для расчёта уменьшения глубины дефектов в процессе прокатки в прошивном и непрерывном раскатном станах. Формулы могут быть применены для расчёта допускаемой глубины дефектов на исходной и промежуточных заготовках.
Бесплатно
Изучение фазового состава и электропроводности сплавов системы Cu-Cr-Si-Ce-La
Статья научная
Изучены фазовый состав и электропроводность 12 литых образцов сплавов системы Cu-Cr-Si-Ce-La. Концентрация хрома в образцах варьировалась от 0,5 до 1,0 мас. %; концентрация кремния - от 0,1 до 1,3 мас. %; концентрации редкоземельных металлов (церия и лантана) варьировались в интервале от 0,1 до 0,5 мас. %. Образцы исследовались методами растровой электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа, а также методом рентгенофазового анализа. Установлено, что в экспериментальных образцах сплавов в равновесии с твердым раствором на основе меди в зависимости от концентраций легирующих элементов могут находиться интерметаллиды Cu6Ce и Cu6La, включения металлического хрома, силициды хрома Cr3Si и Cr5Si3, а также силицид лантана и церия (La,Ce)Si2. В ходе работы была измерена микротвердость по Виккерсу на шлифах исследуемых образцов. По результатам проведенного исследования установлена зависимость значений показателя микротвердости HV от состава экспериментальных образцов. С увеличением концентрации кремния при фиксированных значениях содержания хрома, церия и лантана, показатель микротвердости растет. Также в ходе настоящей работы была измерена удельная электрическая проводимость экспериментальных образцов бесконтактным методом во вращающемся магнитном поле при температуре 20 ºС. В результате чего была определена зависимость удельной электрической проводимости образцов от концентраций легирующих элементов. Данные, полученные в ходе выполнения настоящей работы, могут быть интересны для практикующих материаловедов при анализе использования добавок редкоземельных металлов в бронзы.
Бесплатно
Имитационная математическая модель процесса прокатки на непрерывном листовом стане
Статья научная
Процесс непрерывной прокатки листов известен уже давно и, кажется, всесторонне изучен, но экономическая ситуация вынуждает предприятия непрерывно его совершенствовать и искать всё новые и новые способы повышения качества продукции при сохранении, а желательно при увеличении, производительности. И существующие методики и подходы оказываются малоэффективными, поскольку содержат в себе большое число допущений и упрощений. С другой стороны, современные листопрокатные агрегаты являются дорогостоящими и высокопроизводительными, что существенно повышает стоимость ошибок в работе с ними. В этой ситуации очень перспективным представляется создание цифровых двойников, которые позволили бы детальнее исследовать технологический процесс, эффективно обучать персонал и исключить принятие неэффективных или потенциально опасных технических решений. В данной статье решается задача создания имитационной математической модели процесса горячей прокатки листа на непрерывном стане. На основании апробированных подходов строится кинематически возможное поле скоростей в металле заготовки, решается тепловая задача. Применение уравнения баланса мощности позволяет определить критические углы в каждой из клетей и в зависимости от исходных данных определить либо величины межклетевых натяжений при заданном скоростном режиме, либо обороты валков в каждой клети для заданного режима натяжения. При определении мощностей сил, действующих в стане, учитываются процессы упрочнения-разупрочнения металла листа. Полученные в результате численных экспериментов данные согласуются с известными экспериментальными зависимостями и качественно верно отражают физическую суть процессов, протекающих в стане. Разработка данной модели позволила заложить основу для дальнейшего построения цифрового двойника непрерывного листопрокатного стана.
Бесплатно
Имитационное моделирование обжига цинковых концентратов в печах кипящего слоя
Статья научная
Исследован процесс имитационного обжига сульфидных цинковых концентратов в печах кипящего слоя. В качестве независимых переменных были использованы: влажность шихты, содержание кислорода в дутье, коэффициент избытка дутья, коэффициент подачи шихты в печь. В качестве зависимой переменной в модели выбрана температура кипящего слоя. Все переменные, на основе которых реализованы математические модели, были виртуальными, а эксперимент - планируемым. Ранжирование независимых переменных по силе влияния на температуру кипящего слоя оценивалось по абсолютной величине коэффициентов регрессионной модели. Чем больше коэффициент (без учета свободного члена модели), тем больше его влияние на температуру зависимой переменной. Установлено, что наибольшее влияние на температуру кипящего слоя (согласно модели в безразмерном масштабе) оказывает содержание кислорода в дутье, а далее по убыванию: коэффициент загрузки концентрата в печь; коэффициент величины избытка дутья, и наименьшее - влажность концентрата. При этом следует учитывать, что данные могут быть как безразмерными, так и размерными, если это доказано иными способами, например, методом экспертных оценок. Показано, что с целью оценки адекватности модели, наряду со статистикой Фишера, можно использовать коэффициент корреляции между экспериментальным (виртуальным) и расчетным (модельным) векторами. Предложенный метод разработки математической модели обжига сульфидного концентрата имеет следующие преимущества перед физическими методами: существенная экономия времени, энергии и материалов для проектирования и высокое качество математической модели. Установлено, что для ранжирования независимых переменных корректнее использовать матрицу в безразмерном масштабе.
Бесплатно
Импульсная электромагнитная обработка расплавов цинковых и медных сплавов
Статья научная
Из известных к настоящему времени способов внешнего воздействия на металлы на стадии расплава наиболее востребованы и популярны ультразвуковая и температурно-временная обработка, а также обработка низкочастотными колебаниями. Накопленные многочисленные экспериментальные данные по указанным способам воздействия свидетельствуют о положительной роли внешних физических воздействий на структурообразование в сплавах различного назначения - деформируемых, гранулируемых и литейных. Наряду с этим появляются и новые методы воздействия на расплавы, результаты которых, несомненно, заслуживают внимания. Об одном из таких методов - обработке расплавов наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) - уже неоднократно упоминалось. В работе представлены новые экспериментальные данные по обработке расплавов цинка, меди и медных сплавов.
Бесплатно
Испарители мгновенного вскипания: состояние и перспективы применения
Статья научная
Работа посвящена оценке состояния оборудования и технологии термического обессоливания воды для нужд теплоэнергетики, а также перспективам ее совершенствования. Вакуумные испарители (ИМВ) являются отечественной разработкой, внедренной на электростанциях РФ и Казахстана. Распространение ИМВ сдерживается высокой стоимостью оборудования и необходимостью использования оборотной системы охлаждения для конденсации вторичного пара.
Бесплатно
Статья научная
Основным материалом для изготовления моделей при литье по газифицируемым моделям (ЛГМ) в настоящее время является литейный полистирол мелких фракций порядка 0,4-0,7 мм. Недостатком этого материала является его достаточно высокая стоимость, что определяет и последующую относительно высокую стоимость отливки, полученной методом ЛГМ. Целью данного исследования являлось изучение возможности замены вторичного полистирола в составе материала для производства моделей при ЛГМ. Суть исследования заключалась в следующем: вторичный полистирол фракции 0,3-0,5 мм смешивается с литейным полистиролом марки T180F в соотношениях от 10 до 50 % по массе шихты. После перемешивания смесь подвспенивается паром и просушивается в течение 15 мин при температуре 30 °С. Затем вспененный полистирол вдувается в пресс-формы, после чего заполненные пресс-формы помещаются в автоклав и выдерживаются до полного спекания гранул полистирола. Готовые модели охлаждаются до комнатной температуры. Затем осуществляется окраска блоков моделей, которая производится в один слой специальным противопригарным покрытием путем окунания в ванну. Сушка окрашенных модельных блоков производится в сушильной камере при температуре 45-65 °С в течение 2,5-3,5 ч. Определено, что при увеличении доли вторичного полистирола до 50 % шероховатость поверхности модели резко возрастает (на 45 % по сравнению с эталоном), что исключает возможность его использования сверх указанного количества. Также были проведены исследования микроструктуры и распределение полей напряженности в отливках, полученных указанным способом. Проведенные анализы показали отсутствие явных внутренних дефектов, таких как пористости, раковины, зоны сегрегации неметаллических включений и дендритного строения. Таким образом, проведенные исследования показали возможность использования вторичного строительного полистирола в составе материала для моделей при ЛГМ. Оптимальным является количество порядка 40, что обеспечивает высокое качество отливки.
Бесплатно
Краткое сообщение
Приведены описание методики определения исходных параметров для расчета калибровки инструмента станов холодной прокатки труб, положения, принятые за основу расчетного алгоритма, показан интерфейс и базы данных расчетной программы.
Бесплатно
Статья научная
Проведен анализ установок испытаний падающим грузом, используемых для проведения исследований и приёмо-сдаточных испытаний по оценке трещиностойкости сварных газонефтепроводных труб по критерию волокна в изломе образца и по другим параметрам. Для этого на трубных и металлургических заводах используются установки испытаний падающим грузом, изготовляемые на иностранных фирмах Instrom, Imatek и другие. В России установки испытаний падающим грузом для трубной продукции не изготовляются. Некоторые установки испытаний падающим грузом (фирма Imatek) поставляются с автоматической системой записи процесса разрушения образца, позволяющей определять максимальную разрушающую нагрузку, энергетические параметры разрушения (общую работу разрушения, удельную работу распространения трещины), скорость распространения трещины и другие параметры разрушения образца. Это позволяет использовать оборудование для реализации количественного метода оценки трещиностойкости газонефтепроводных труб. Установки испытаний падающим грузом комплектуются охлаждающими камерами для охлаждения образцов до -80 °С, а также приспособлением для нанесения надрезов в образце. Установки испытаний падающим грузом позволяют испытывать образцы из высокопрочной стали до К100, толщиной до 50 мм. Оборудование фирмы Imatek имеет значительные преимущества перед фирмой Instrom: большая производительность, копьютерная система регистрации параметров разрушения, испытание образцов из стали с прочностью К100 и выше и толщиной до 50 мм и др. Проведены исследования по анализу процессов разрушения крупногабаритного образца на установке испытаний падающим грузом, близкого по геометрическим параметрам к пробе DWTT. Вскрыта и установлена сложная природа образования волокна в изломе образца при динамическом нагружении, зависящая от вязкости материала, скорости трещины в образце, податливости нагружаемой системы и других факторов. Без устранения выявленных недостатков пробы DWTT становится очевидной нецелесообразность использования данной пробы для проведения приёмо-сдаточных испытаний по оценке трещиностойкости сварных газопроводных труб.
Бесплатно
Исследование алюминотермического восстановления вольфрамитовых концентратов
Статья научная
Приведены результаты исследования алюминотермического восстановления вольфрамитов с отношением FeO/MnO от 0,07 до 2,17 и содержанием WO 3 от 40 до 72 %. Экспериментально установлена последовательность восстановления с различными скоростями в реакционном слое компонентов вольфрамитов. Экспериментально установлено, что восстановление вольфрамита, (FeMn)WO 4 происходит в две стадии. В интервале температур 1000-1300 °С восстанавливается WO 3 до металла, на следующей стадии происходит восстановление оставшегося твердого раствора (FeO•MnO). Восстановление твердого раствора происходит при более высокой температуре (1300-1500 °С). Температура восстановления (FeO•MnO) в свою очередь является функцией термодинамической прочности раствора, определяемая его составом. Вольфрамит это твердый раствор вольфрамата железа FeWO 4 и вольфрамата марганца MnWO 4 при постоянном содержании в нем WO 3. В этих растворах термодинамическая прочность определяется в основном отношением FeO/MnO, которое определяет температуру восстановления остаточного твердого раствора (FeO•MnO). Из результатов исследований превращений в вольфрамитах графическим методом определены значения порядков химических реакций восстановления. Порядок восстановления WO 3 в вольфрамите изменяется от первого до второго в зависимости от исходного состава вольфрамита.
Бесплатно
Исследование взаимодействия водорода с границами зерен в α-FE
Статья научная
Представлены результаты первопринципного моделирования взаимодействия водорода с границами зерен в α-железе. Моделирование проводилось в рамках теории функционала плотности (DFT) полнопотенциальным методом линеаризованных присоединенных плоских волн (FP LAPW) с учетом обобщенного градиентного приближения (GGA'96) в программном пакете WIEN2k. Были изучены три границы зерен наклона: Σ3(111), Σ5(210) и Σ5(310). Построение суперячеек границ зерен наклона осуществлялось с помощью модели решетки совпадающих узлов. Суперячейки содержали 40-48 атомов, т. е. по 20-24 атома в каждом из двух зерен. Определены энергия формирования границ зерен: 1,46; 1,83 и 1,44 Дж/м2 и максимальные энергии захвата атома водорода границами 0,39; 0,81 и 0,43 эВ, соответственно. Эти данные хорошо согласуются с результатами, представленными в других работах. Высокое значение энергии связи водорода с границей зерна Σ5(210), вероятно, связано с асимметричным строением конфигурации атомов, полученной в результате взаимного жесткого сдвига двух зерен, которые необходимо было ввести, чтобы обеспечить оптимальные расстояния между атомами Fe, в отличие от двух других типов границ зерен.
Бесплатно
Исследование взаимодействия никеля и кремния в жидкой меди
Статья научная
Экспериментально определены условия образования силицидов никеля при содержаниях никеля в жидкой меди до 2 мас. %. Установлена зависимость степени извлечения никеля в силициды в зависимости от состава металла.
Бесплатно
Статья научная
Представлен анализ технологии производства бесшовных труб на трубопрокатных агрегатах с непрерывными пятиклетевыми трёхвалковыми оправочными станами типа PQF, FQM. Проведено исследование влияния величины овальности калибров чистовых клетей непрерывного стана FQM на формоизменение раската при прокатке. На основании результатов моделирования технологии прокатки в программном продукте Deform-3D получен характер распределения толщины стенки раската по периметру поперечного сечения очага деформации на выходе из пятой клети стана FQM в зависимости от величины овальности чистовых калибров. Получен характер изменения толщины стенки раската в выпуске калибра (на линии разъёма валков) и в зоне выпусков. Определено влияние овальности чистовых калибров на показатель уширения раската, окова оправки металлом, абсолютную разнотолщинность стенки по периметру очага деформации. Наименьшая величина абсолютной разнотолщинности, утолщения по выпуску калибра, поля допуска по толщине стенки получена при использовании калибра с овальностью 1,03. Показатель уширения раската, площадь раската в обжимной зоне калибра, величина угла окова оправки металлом принимают максимальные значения при использовании калибра с овальностью 1,03. Переполнение калибров отсутствовало на всех этапах моделирования.
Бесплатно
