Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 842
Коэффициент диффузии хрома и ближний порядок в сплавах Fe-Cr
Статья научная
Показано, что зависимость коэффициента диффузии хрома от его содержания не согласуется с теорией Маннинга. Проведены расчеты энергии активации диффузии в зависимости от содержания хрома. Результаты сопоставлены с имеющимися экспериментальными данными.
Бесплатно
Криеталлохимические превращения в хромовых рудах массива Рай-Из при окислительном обжиге
Статья научная
Исследованы фазовые и химические изменения в хромовой руде массива Рай-Из в условиях окислительного обжига при температуре 1000 °С. Микрорентгеноспектральным анализом установлено изменение содержания элементов в хромшпинелиде и вмещающей породе. Исследована диффузия оксидов железа и магния из хромшпинелида во вмещающую породу магниевого силиката. Экспериментально установлено увеличение отношения Cr/Fe в хромшпенелиде в течение времени окислительного обжига, образование оливина и форстерита в исходном магниевом силикате.
Бесплатно
Локальная электроимпульсная обработка кристаллизующегося алюминиевого сплава
Краткое сообщение
Рассмотрен способ локальной обработки кристаллизующегося алюминиевого сплава марки АК7ч импульсным электромагнитным воздействием. Представлен вариант экспериментальной установки, позволяющей влиять электромагнитным полем на ход кристаллизации силумина в локальной области отливки.
Бесплатно
Магнитогорская школа качества (научный обзор)
Статья научная
Систематизированы основные достижения научно-педагогической школы по управлению качеством продукции и производственных процессов в металлургии Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. В цепочке технологического процесса металлургического производства продукции присутствует достаточно большой спектр технических операций и задача разработки методов выбора рационального технологического процесса на основе комбинирования различных операций ОМД является актуальной. Закономерным этапом исследования и решения таких задач стало открытие при Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова диссертационного совета Д 212.111.05 по специальности 05.02.23 - Стандартизация и управление качеством продукции. Интегрируя исследования в сфере квалиметрии, менеджмента качества и совершенствования технологий, этот совет в России является единственным в области черной металлургии по развитию научных направлений: совершенствование связей взаимодействия системы «поставщик - разработчик - изготовитель»; научные основы стандартизации; квалиметрические методы оценки качества объектов и процессов управления качеством; методы анализа, синтеза и оптимизации, информационные модели состояния и динамики качества объектов. Все основные научные исследования магнитогорских ученых нашли применение на ведущих металлургических и машиностроительных предприятиях страны.
Бесплатно
Макро- и микроструктура лигносульфонатов в зависимости от основания варочной кислоты
Статья научная
Лигносульфонат как связующее для литейного производства встречается в 20-30-е гг. XX в. Сначала лигносульфонат котировался как отход целлюлозно-бумажного производства и считался заменителем масляных связующих, но отдельно лигносульфонат как связующее не оправдал надежды по замене масляных связующих из-за низких прочностных свойств, и А.М. Лясс в своей классификации отвел лигносульфонатам место в самом низу (Б-3). В основном лигносульфонат натрия самостоятельно как связующее не применяется, а используется лишь как добавка в смесь в виде водных растворов высокой плотности или сухого порошка. По объему применения в качестве связующих лигносульфонаты занимают в литейном производстве третье место после глины и жидкого стекла. Существует немало источников по описанию и объяснению сложной структуры лигносульфонатов. Исследование поведения формирующихся макромолекул в растворах важно не только для определения их молекулярных характеристик, но имеет важное значение как с теоретической, так и с практической точек зрения для регулирования свойств по вязкости и прочности, что находит широкое применение у специалистов нефтяной промышленности, кристаллографии, физической и коллоидной химии. Предпринята попытка на основании исследований перечисленных в статье авторов объяснить выявленные закономерности и прояснить структуру на основе расчетов по методике упаковки шаров. Но мало изучены процессы со стержневыми смесями, отверждаемыми без нагрева. Это позволяет тщательнее изучать как природу связующего, так и его связующие качества. Поиск путей улучшения связующей способности с модифицированным лигносульфонатом (при привитых активных группах на поверхности молекулы или при добавке другого компонента) позволят получить более качественное связующее и интенсифицировать процесс упрочнения.
Бесплатно
Статья научная
В случае если в теле при его нагреве или охлаждении происходит фазовый переход, процесс распространения в нем тепла претерпевает сильные изменения. В отличие от однокомпонентного металла, при охлаждении многокомпонентного сплава, при переходе через температуру ликвидус, энтальпия, плотность и коэффициент теплопроводности остаются непрерывными, но их производные и, в частности, теплоемкость терпит разрыв. При нагреве поверхности твердого цилиндрического тела из двухкомпонентного металлического сплава выше температуры ликвидус у поверхности возникает двухфазная зона, перемещающаяся к оси цилиндра. В работе предложен метод введения «эффективной» теплоемкости, позволяющая рассчитывать скорость движения этой зоны, а также температуру сплава в любой его точке и в любой момент времени. Использовалось обычное уравнение теплопроводности с переменными коэффициентами, которые, в данном случае, зависят от температуры. Жидкая, твердая и переходная зоны образца рассчитывались по одному и тому же уравнению, коэффициенты его рассчитывались по одному и тому же методу. Для каждой точки образца для каждой соответствующей температуры, рассчитывались доли жидкой и твердой фаз. В данной работе, для простоты, раствор считался совершенным. Удельный объем, коэффициент теплопроводности и удельная энтальпия рассчитывались как средневзвешенные от соответствующих величин для жидкого и твердого состояний. Удельная теплоемкость рассчитывалась как производная по температуре от энтальпии. Полученную систему дифференциальных уравнений сводили к конечно-разностным уравнениям. Для решения полученной системы разностных уравнений была разработана компьютерная программа. В статье приведены результаты одного из таких расчетов. Результаты работы могут быть интересны не только металлургам, но и метрологам при разработке теории самотестирующегося датчика температуры.
Бесплатно
Статья научная
В случае если в теле при его нагреве или охлаждении происходит фазовый переход, процесс распространения в нем тепла претерпевает сильные изменения. Поведение энтальпии, теплоемкости, плотности, коэффициента теплопроводности как функций температуры меняется сложным образом. Например, в сплаве с тройной эвтектикой при охлаждении выделяется сначала одна твердая фаза, затем вторая и, наконец, весь сплав кристаллизуется. При нагреве поверхности твердого цилиндрического тела из трехкомпонентного металлического сплава выше температуры ликвидус у поверхности возникают двух- и трехфазные зоны, перемещающиеся к оси цилиндра. В работе предложена методика введения «эффективной» теплоемкости, позволяющая рассчитывать скорость движения этой зоны, а также температуру сплава в любой его точке и в любой момент времени. Использовалось уравнение теплопроводности с переменными коэффициентами. Для каждой точки образца для каждой соответствующей температуры рассчитывались доли жидкой и всех твердых фаз. Удельный объем, коэффициент теплопроводности и удельная энтальпия рассчитывались как средневзвешенные от соответствующих величин для жидкого и твердого состояний. Удельная теплоемкость рассчитывалась как производная по температуре от энтальпии. Полученную систему дифференциальных уравнений сводили к конечно-разностным уравнениям. Для решения полученной системы разностных уравнений была разработана компьютерная программа. В статье приведены результаты одного из таких расчетов. Представленный метод может быть полезен металлургам (расчет прогрева деталей при термообработке, расчет прогрева кусков шихты в сталеплавильной печи), метрологам (самотестирующиеся датчики температуры) и другим.
Бесплатно
Математическая модель кинетики фазового перехода при нагреве поверхности цилиндрического тела
Статья научная
В случае если в теле при его нагреве или охлаждении происходит фазовый переход, процесс распространения в нем тепла претерпевает значительные изменения. При переходе через температуру ликвидус энтальпия, плотность и коэффициент теплопроводности как функции температуры претерпевают разрыв. При нагреве поверхности твердого металлического цилиндрического тела выше температуры его плавления у поверхности возникает жидкая фаза и соответствующая граница раздела фаз, перемещающаяся к оси цилиндра. В статье приведен вывод уравнений распространения тепла в теле, учитывающий, помимо фазового перехода, изменение размеров участков тела вследствие зависимости плотности от температуры. К полученной системе уравнений был применен метод выпрямления фронтов - были введены такие координаты, относительно которых поверхность раздела фаз является неподвижной. Полученную систему дифференциальных уравнений сводили к конечно-разностным уравнениям. Для решения полученной системы разностных уравнений была разработана компьютерная программа. В статье приведены результаты одного из таких расчетов. Разработанная методика позволяет рассчитывать скорость движения границы раздела фаз, а также температуру тела в любой его точке и в любой момент времени. Результаты работы могут быть интересны не только металлургам, но и метрологам при разработке теории самотестирующегося датчика температуры.
Бесплатно
Статья научная
Предложено математическое описание процесса образования и движения анионных вакансий при восстановлении металлов в комплексных оксидах с позиции диффузионных и тепловых процессов, протекающих в фазах восстановителя и оксида, а также химических реакций на поверхности раздела фаз. Рассмотрена система, состоящая из сферической частицы руды, находящейся в атмосфере газообразного восстановителя. Частица руды представляет собой гомогенный газонепроницаемый комплексный оксид следующего компонентного состава: O, Fe, Si, Mg. Газовая фаза состоит из двух компонентов - СО и СО2. Поверхность рудной частицы является непроницаемой для компонентов обеих фаз. Восстановитель не может проникать внутрь куска, и все обменные процессы протекают на границе раздела. Для фазы рудной частицы составлены уравнения теплопроводности, а также уравнения диффузии компонентов фазы. Для газовой фазы, окружающей частицу, также составлены уравнения теплопроводности и диффузии реагентов с учетом изменения размеров частицы. Для поверхности раздела получено уравнение теплопередачи, связывающее тепловые потоки из обеих фаз к поверхности раздела с тепловым эффектом химических реакций. Кроме того, получены уравнения массопереноса компонентов рудной фазы, связывающие удаление атомарного кислорода с поверхности раздела с подводом его к поверхности раздела из глубины рудной частицы. Составлены уравнения массопереноса компонентов газовой фазы, связывающие подвод реагентов к поверхности раздела фаз с расходом их на поверхности. Учтено влияние основных физико-химических параметров на скорость образования и движения восстановительных вакансий. Составлена математическая модель.
Бесплатно
Математическая модель процесса нейтрального выщелачивания и сгущения в производстве цинка
Статья научная
Рассматривается математическая модель процесса нейтрального выщелачивания и сгущения, основу которой составляют уравнения материального баланса. Разработана топологическая модель исследуемого объекта. Полученная модель, позволяющая определять расходы выходных материальных потоков процесса и их состав, реализована в вычислительной среде Simulink.
Бесплатно
Статья научная
Для процесса высокоэнергетического прессования графитопластовой композиции и определения давления рассмотрено взаимодействие частиц смеси между собой, а также их влияние на процесс уплотнения. Выявлены закономерности и построены эпюры кантатного взаимодействия, определены величины внешнего усилия, действующего по всей контактной поверхности. Рассмотрены изменения удельных усилий, действующих на поверхностях контакта между твердой и мягкой составляющими композиции в процессе прессования. Проанализированы известные методы оценки давления при прессовании, выявлены их недостатки для предлагаемой композиции «графит + смола». Выстроена методика моделирования процесса прессования согласно реологическим особенностям материала композиции. Определены методы решения задачи по заполнению мягкой составляющей пространства между твердыми компонентами смеси. Заданы схемы возможного уплотнения частиц смеси и выведены уравнения, позволяющие определить необходимое давление для графитопластовой композиции с разной компоновкой. Представлена схема формирования контактной поверхности при внедрении твердой в мягкую составляющую композиции. Выявлены основные факторы и установлены коэффициенты, влияющие на процесс уплотнения. Смоделирован процесс прессования графитопластовой композиции с использованием методов теории пластичности. Для решения объемной задачи применен метод суперпозиции процессов в двух взаимноперпендикулярных плоскостях. Процесс прессования графитопластовой композиции условно разделен на два этапа. Определены допущения, которые заключаются в аппроксимации реальной формы контактирующих поверхностей упрощенными геометрическими формами: шаровой, цилиндрической, гиперболической, гиперболоидом вращения, параболической, эллиптической и др. Получены математические зависимости для определения давления, реализуемого при внедрении твердой составляющей в мягкую и при заполнении пространства между твердыми составляющими мягкой. Дана оценка энергоемкости высокоэнергетического процесса прессования графитопластовой композиции.
Бесплатно
Математическое моделирование обработки расплава порошковой проволокой
Краткое сообщение
Разработана универсальная математическая модель, с помощью которой можно анализировать тепловые процессы, происходящие при легировании, модифицировании и раскислении стали порошковой проволокой с различными видами компонентов в ходе внепечной обработки.
Бесплатно
Математическое моделирование процесса прессования труб переменного сечения
Статья научная
Представлена постановка задачи математического исследования процесса прессования труб переменного сечения. Разработана математическая модель определения усилия прессования при использовании специфической профилировки прессового инструмента, позволяющая прогнозировать возможность изготовления труб заданного сортамента и определять рациональную форму прессового инструмента. Представлены результаты численного исследования процесса прессования с использованием полученной модели.
Бесплатно
Математическое моделирование процессов вибрационного прессования труб
Статья научная
Разработана математическая модель динамики процесса прессования осесимметричной трубной заготовки на профильном прессе трубопрессовой линии. Согласно расчетной схеме и принятой динамической модели процесса прессования трубной заготовки получены аналитические выражения для соответствующих взаимодействующих границ пластической и упругой зон очага деформации. Получена аналитическая зависимость, характеризующая скорость распространения фронта пластической деформации в зависимости от скорости перемещения прессуемого металла. Определены динамические характеристики возникновения волновых явлений в прессуемом металле с учетом условий воздействия со стороны инструмента, что существенно дополняет ранее известные представления о напряженно-деформированном состоянии металла в очаге деформации. Установлены поля деформаций в зонах возмущенной области очага деформации с учетом воздействия технологических инструментов. Путем моделирования динамических процессов в прессуемом металле установлены особенности реализации высокоэффективной технологии управляемого вибрационного прессования труб на профильном прессе трубопрессовой линии. Выбором рациональных параметров (амплитудно-частотной характеристики) используемого активного процесса вибрационного прессования трубной заготовки достигнуто значительное повышение эффективности процесса и качества прошиваемых заготовок.
Бесплатно
Статья научная
Современные тенденции развития машиностроения подразумевают использование редких и дорогостоящих материалов во многих его отраслях. Постепенное истощение природных запасов, вызванное масштабным технологическим прорывом в ХХ веке, требует рационального использования оставшихся ресурсов и применения ресурсосберегающих технологий. Изготовление изделия полностью из дорогостоящего или нетехнологичного материала является нецелесообразным ввиду того, что площадь рабочей поверхности относительно площади всей детали зачастую не превышает 20-30 %. Соответственно, объем материала, выполняющего функцию носителя рабочей поверхности, рациональнее всего изготавливать из более дешевых и технологичных конструкционных материалов, отвечающих предъявленным требованиям по выдержке прилагаемой нагрузки. Решение данной проблемы заключается в необходимости создания деталей машин, представляющих собой по своей молекулярной структуре единую систему с отсутствием каких-либо четких границ раздела фаз и градиентным равномерным распределением укрепляющих частиц в теле металла. Математическое моделирование технологических процессов во всех отраслях промышленности необходимо для повышения эффективности производства с точки зрения снижения издержек на устранение результатов неудачных экспериментов, аварийных ситуаций и оптимизации технологических процессов. Вводимая мелкодисперсная керамика в виде карбидов титана, вольфрама, кремния и прочих элементов, придающих рабочим поверхностям стальной отливки уникальные характеристики в части сопротивления термическим и физическим нагрузкам, повышает тем самым их твердость, износостойкость и сопротивляемость повышенным температурам при эксплуатации, в то время как более вязкая и упругая железная сердцевина отливки при наличии в ней градиента упрочняющих частиц обеспечивает стойкость отливки к ударным и знакопеременным нагрузкам. Выполнен обзор существующих математических моделей процесса движения твердых дисперсных частиц в потоке жидкости. Рассмотрены системы, выступающие в качестве аналогов системы взаимодействия «сталь - карбид вольфрама - карбид титана».
Бесплатно
Математическое моделирование прочности шпилечного соединения сборных плит кристаллизатора МНЛЗ
Статья научная
Наиболее ответственным узлом при разливке стали в машине непрерывного литья заготовок является кристаллизатор. Наибольшее распространение получают удобные в эксплуатации и изготовлении составные кристаллизаторы, состоящие из медной рабочей стенки со щелевыми каналами и стального внешнего корпуса. В промышленных конструкциях составных кристаллизаторов соединение медной и стальной плит осуществляется посредством множества стальных шпилек, причем они расположены по поверхности плиты крайне неравномерно из-за наличия каналов охлаждения, шпонок и уплотнителя. Целью работы является создание математической модели для определения коэффициента неравномерности нагружения шпилек и запаса прочности соединения медной и стальной плит для заданной конструкции сборного кристаллизатора и выбранных типовых параметров шпилечного соединения. Учет возникающих неодинаковых нагрузок на шпильки осуществлялся путем расчета коэффициента неравномерности. Полагали, что максимальная растягивающая сила, приходящаяся на одну шпильку, пропорциональна этому коэффициенту и средней растягивающей силе. Для каждой шпильки выделялся кластер, включающий в себя заданное число ближайших к ней шпилек. Определялось среднее расстояние в кластере, среднее значение расстояния по всем кластерам и относительное расстояние для кластера, связанного с определенной шпилькой. Нагрузка на резьбовое соединение пропорциональна площади соединяемых плит, которые удерживает шпилька, поэтому полагали, что коэффициент неравномерности нагрузки для заданной шпильки пропорционален квадрату относительного расстояния. Показан пример расчета коэффициента неравномерности нагрузки для рассматриваемой конструкции промышленного сборного кристаллизатора. Приведена математическая модель для определения запаса прочности шпилечного соединения медной и стальной плит кристаллизатора, а также необходимого момента затяжки шпильки, обеспечивающего нераскрытие стыка. Расчеты учитывали максимальное испытательное давление воды и максимальное внешнее усилие сдвига при трении слитка о стенку кристаллизатора. Создана компьютерная программа, позволяющая анализировать надежность соединения стальной и медной стенки кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок при моделировании разных ситуаций, в том числе форс-мажорных и аварийных.
Бесплатно
Математическое моделирование совмещенного процесса разливки и бокового прессования
Статья научная
Представлена и обоснована цель математического моделирования совмещенного процесса разливки и бокового прессования с применением нового устройства, предназначенного для реализации на вертикальном прессовом оборудовании, что обеспечивает получение длинномерных полых профилей. Показаны основные параметры процесса, действия которых определяют структуру моделируемой системы, свойства ее элементов и причинно-следственные связи, присущие системе и существенные для достижения цели моделирования. Для упрощенного описания процесс условно разделен на две зависимые стадии, определяемые объемом металла в контейнере. Выполнен учет характерных, влияющих на условия и результаты прессования, зон, в которых металл на рассматриваемой стадии в истечении практически не участвует и образует объемы пластически не деформирующегося, находящегося в упругом состоянии металла. Разработана математическая модель определения энергосиловых параметров процесса, с учетом воздействия аккумулирующего устройства, что позволяет определять в том числе значения требуемого усилия для выпрессовки пресс-остатка. Очевидным преимуществом математической модели для определения усилия при получении труб способом совмещения процесса разливки и бокового прессования, является возможность сравнительно быстрого сопоставления результатов при разных режимах процесса. Выполнено численное исследование совмещенного процесса разливки и бокового прессования для различных марок сталей. Проведено сравнение результатов численного исследования процесса с использованием математической модели и результатов, полученных и использованием программного продукта для моделирования и оптимизации процессов ОМД QForm 2D/3D. Обоснована необходимость проведения дальнейших исследований процесса с использованием физической модели.
Бесплатно
Математическое моделирование энергосиловых параметров прямого прессования легкоплавких материалов
Статья научная
При прессовании легкоплавких материалов крайне важным является определение технологических параметров процесса. В настоящей работе разработана математическая модель прямого прессования проволоки и прутков из легкоплавких материалов, позволяющая определить энергосиловые параметры процесса. Проверку адекватности математической модели осуществляли в ходе лабораторного эксперимента на гидравлическом прессе. В лабораторных условиях измерялись и фиксировались усилие и скорость прессования с помощью установленной на нем системы сбора данных. Проверка адекватности проводилась при прессовании прутков ø8,00 и 15 мм и проволоки ø2,00 мм и показала высокую сходимость расчетов с экспериментальными замерами. Ошибка не превышала 10 %. Полученная математическая модель была использована для аналитических исследований технологических режимов прямого прессования прутков и проволоки из сплава ПОИн-52. Расчеты показали, что уменьшение диаметра готового прутка (проволоки) с 16,00 до 2,00 мм при сохранении размера заготовки ø30,00 мм приводит к увеличению усилия прессования с 86 кН до 131 кН в начальный момент прессования, так как существенно с 4 до 256 возрастает коэффициент вытяжки. Усилие при прессовании прутка ø8,00 мм с увеличением диаметра заготовки с 12,0 до 40,0 мм возрастает с 25 до 171 кН. Проведение аналитических исследований на модели показало, что возможно не только изучать процесс прессования с целью понимания механизмов формирования механических и эксплуатационных свойств готового прутка (проволоки), но и проектировать ресурсосберегающие режимы прессования для различного сортамента продукции, осуществлять обоснованный выбор требуемого оборудования и оснастки.
Бесплатно
Статья научная
Для учета нагрузки на прессовое оборудование и оснастку необходимо знать усилия обработки, применяемые к заготовке. На основании лабораторных исследований изучены силовые прессования заготовок абразивных кругов на керамической связке. Полученная математическая модель может быть полезна при совершенствовании существующих и разработке новых технологий производства абразивного инструмента.
Бесплатно
