Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 842
Деформация сдвигом методом кручения, осадки и прессования
Статья научная
Комплексная технология деформации металлов - «Кручение, осадка и прессование» (КОП) предназначена для получения субмикрокристаллической структуры в металлических заготовках большой массы. Выполненная работа показала эффективность применения деформации сдвигом за счёт винтового кручения. Наиболее эффективно использование винтового реверсивного кручения, позволяющего с наименьшими временными и экономическими затратами производить подготовку структуры металла в заготовках под последующую классическую деформацию. По сравнению с известными методами немонотонной деформации, такими, как кручением под высоким давлением, равноканальной угловой экструзией и винтовой экструзией, винтовое кручение позволяет обрабатывать массивные заготовки. Новое направление в области деформации будет особенно актуально для создания особопрочных металлов для авиастроения, космонавтики, автомобилестроения, судостроения, мостостроения и других отраслей промышленности. Разработанная схема позволила сравнить обычную осадку и прессование с деформацией сдвигом и определить её эффективность.
Бесплатно
Диаграмма состояния системы CaO-MgO-MnO
Статья научная
Построение диаграмм состояния многокомпонентных систем является одной из фундаментальных задач не только в области материаловедения, но и для металлургических технологий. Термодинамическое моделирование при этом является одним из базовых инструментов исследователя, особенно при ограниченном количестве достоверных литературных экспериментальных данных или при значительных сложностях, сопровождающих постановку эксперимента. Термодинамический расчет обычно основывается на таких физико-химических данных, как изменение энергии Гиббса при осуществлении фазовых переходов, термодинамических характеристиках составляющих исследуемую систему веществ и значениях активностей компонентов равновесных фаз (расплава, твердых растворов и т. д.). В настоящей работе было проведено термодинамическое моделирование диаграмм состояния систем MgO-CaO, MnO-CaO и CaO-MgO-MnO. Для определения активностей компонентов оксидного расплава в указанных выше системах использовалась теория субрегулярных ионных растворов. Активности компонентов твердых растворов в системах MgO-CaO и MnO-CaO определялись с использованием теории регулярных ионных растворов, а в системе CaO-MgO-MnO - с использованием теории субрегулярных ионных растворов. В ходе расчетов были уточнены границы фазовых равновесий и положения линий ликвидус и солидус в двойных оксидных системах, а также координаты проекции поверхности ликвидус в исследуемой тройной оксидной системе. Показано, что при значительных концентрациях оксида марганца в системе CaO-MgO-MnO два твердых раствора (на основе оксида магния и на основе оксида кальция) объединяются в один твердый раствор |CaO, MgO, MnO|тв.р. Полученные результаты согласуются с немногочисленными экспериментальными данными по исследуемым системам.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты исследования уточненной математической динамической модели рабочей клети автоматического стана трубопрокатного агрегата (ТПА). Выбрана пространственная система координат в центре масс рабочей клети и преобразована исходная динамическую модель механической системы в упрощенную механическую систему жестких тел, определенным образом связанных между собой в опорных узлах упругими элементами. Пространственное положение механической системы в процессе колебаний рабочей клети автоматического стана представлена соответствующими координатами в выбранной системе отсчета. С учетом определенных начальных и граничных условий поставленная задача представлена в постановке задачи динамики механической системы. Лапы станины и тумбы (шины), удерживающие рабочую клеть автоматического стана на опорных механизмах, считаются деформируемыми. Для упрощенной механической системы с четырьмя степенями свободы определены кинетическая и потенциальная энергии. Составлены дифференциальные уравнения движения рабочей клети и узлов механизма удержания станины на опорных узлах автоматического стана ТПА с применением уравнения Лагранжа второго рода. Получены картины виброактивности элементов рабочей клети и опорных узлов механизма удержания механической системы с четырьмя степенями свободы. Приведено численное решение системы дифференциальных уравнений и на примере расчета динамики рабочей клети автоматического стана ТПА 350 установлены особенности функционирования механической системы с четырьмя степенями свободы. Установлены параметры динамичности рабочей клети автоматического стана и механизма ее удержания на опорных плоскостях, влияющие на величину разностенности прокатываемых гильз. Предложена схема модернизации механизма удержания рабочей клети автоматического стана ТПА 350.
Бесплатно
Диффузия элементов в хромовых рудах массива Рай-Из при окислительном обжиге
Статья научная
Исследована диффузия оксидов железа, магния, алюминия из хромшпинелида во вмещающую породу магниевого силиката в условиях окислительного обжига при температурах 1000, 1100 и 1200 °С. Экспериментально установлено образование оливина и форстерита в исходном магниевом силикате хромовой руды. Разработан метод расчета коэффициентов диффузии элементов в многокомпонентных оксидных системах.
Бесплатно
Железо в неживой и живой природе
Статья научная
Рассмотрены кристаллическое строение железа и его химические свойства, степени окисления и участие железа в окислительно-восстановительных процессах в неживой и живой природе. Железо, в зависимости от температуры и давления, может иметь пять кристаллических структур: α, β, γ, δ и ε. Приведены рисунки элементарных кристаллических ячеек. Выделены пустоты в кристаллических ячейках, в которых могут размещаться примесные атомы. Железо может иметь степени окисления от нулевой (чистое железо) до +8. Наиболее важными являются степени окисления 0, +2 и +3. Оксид железа +2 (FeO) окрашен в черный цвет, а оксид железа +3 (Fe2O3) окрашен в ярко-красный цвет. Железо является главным участником процесса переноса кислорода в сталеплавильных процессах. Процесс переноса состоит из приобретения железом кислорода за счёт его окисления до FeO (Fe+2) и Fe2O3 (Fe+3) и передачи кислорода в расплавленный металл [O]. Окислительно-восстановительные процессы и процессы переноса кислорода связаны с изменением степени окисления железа. Выражено сомнение о присоединении кислорода к гемоглобину в молекулярной форме и предложена запись реакций в крови с участием гемоглобина на основе окислительно-восстановительных реакций. Предложены реакции переноса кислорода кровью. В лёгких, при высоком парциальном давлении кислорода, часть Fe+2 гемоглобина отдаёт электроны и окисляется до Fe+3, что и приводит к изменению цвета крови: (Hb•4Fe+2) + O2 ↔ (Hb•4Fe+3•2O-2). В капиллярах Fe+3 присоединяет электроны, отдает кислород, который участвует в окислении, и восстанавливается до Fe+2: (Hb•4Fe+3•2O-2) + Cсреды = (Hb•4Fe+2) + CO2. В предложенной записи реакций нет места молекулярному кислороду. Окислительно-восстановительные реакции в лёгких и капиллярах протекают по предложенной электрохимической схеме с большой скоростью с участием и переносом электронов.
Бесплатно
Жидкофазное разделение металлизованной мелочи хромовой руды
Статья научная
Экспериментально изучено влияние продолжительности твердофазной металлизации при 1400 °C офлюсованных кварцитом частиц кемпирсайской хромовой руды размером 1…2 мм в смеси с углем на состав и выход металла при последующем жидкофазном разделении продуктов металлизации на металл и шлак при 1850 °C. Установлено, что металлизация в течение 2 ч даже при использованной относительно низкой температуре 1400 °C позволяет восстановить и извлечь более 80 % хрома и более 90 % железа, а при металлизации в течение 3 ч степень извлечения обоих металлов достигает 95 %. Структура металла, полученного в результате разделения продуктов восстановления, соответствует структуре углеродистого феррохрома. В металле содержатся карбиды (Cr, Fe) 23C 6 и (Cr, Fe) 7C 3 и силициды FeSi 2 и Cr 3Si, причем с увеличением продолжительности восстановительной выдержки возрастает количество силицидов и содержание железа в них, а карбиды обогащаются хромом. Получаемый в результате разделения шлак по мере роста продолжительности выдержки при обжиге обедняется оксидами железа и хрома; их среднее содержание в случае после твердофазного обжига в течение 3 ч снижается до 0,5 и 2,5 % соответственно.
Бесплатно
Жидкофазное разделение продуктов твердофазного восстановления железо-ванадиевых концентратов
Статья научная
Рассматривается возможность получения из южноуральских железо-ванадиевых концентратов чугуна с низким содержанием титана и шлака с максимально высоким содержанием оксидов титана.
Бесплатно
Статья научная
Термическая обработка, заключающаяся в закалке стали до температуры внутри интервала мартенситного превращения с последующим перераспределением углерода между образовавшимся мартенситом и непревращенным аустенитом (Q&P обработка) применена к коррозионностойкой стали мартенситного класса AISI 414 (15Х13Н2). Моделирование режимов Q&P обработки выполнено на симуляторе термомеханических процессов Gleeble 3800. Фазовые превращения в процессе обработки изучались с помощью контактного дилатометра, измеряющего изменение диаметра образца в месте приварки термопары. После аустенитизации при 1150 °С в течение 3 мин температура начала мартенситного превращения исследуемой стали составила 270 °С. Для реализации Q&P обработки образцы закаливали до температур 250, 200, 150 и 100 °С. Перераспределение углерода между образовавшимся мартенситом и непревращенным аустенитом осуществлялось в процессе 3-минутной выдержки при 450 °С. Закалка до температур 200-250 °С с последующим отжигом при 450 °С не обеспечивает обогащение непревращенного аустенита углеродом, достаточное для подавления мартенситного превращения при последующем охлаждении до комнатной температуры. Понижение температуры закалки до 150 °С с последующим отжигом при 450 °С приводит к полной термической стабилизации непревращенного аустенита вплоть до температур -60 °С, что обеспечивает за счет TRIP эффекта высокую низкотемпературную вязкость исследуемой стали (KCV-60 = 59 Дж/см2), превосходящую значения, заложенные в требования к высокопрочным трубным сталям. Сделан вывод о перспективности Q&P обработки исследуемой стали для получения высокопрочного состояния с высоким уровнем низкотемпературной вязкости.
Бесплатно
Статья научная
Проведён системный анализ термохимических характеристик - температуры и энтальпии плавления интерметаллидов (ИМ) систем Pb-Ln, богатых свинцом, составов Pb3Ln, Pb2Ln и Pb4Ln3. Показано неполное или отсутствие сведений об этих характеристиках для ИМ всего ряда лантаноидов. В качестве основного метода определения и/или уточнения термохимических характеристик ИМ применён полуэмпирический метод, разработанный Н.С. Полуэктовым с сотрудниками. Метод учитывает влияние числа 4f-электронов, спин- и орбитальных моментов движения в атомах лантаноидов, определены и/или уточнены температура и энтальпия плавления интерметаллидов указанных составов. Полуэмпирическими методами разностей В.А. Киреева и М.Х. Карапетьянца определены и/или уточнены отсутствующие в литературе сведения для ИМ лантана, гадолиния и лютеция. Данные для ИМ этих лантаноидов являются опорными для расчёта по основному методу. Определённые величины температуры плавления ИМ позволили рассчитать энтальпии плавления ИМ по известной формуле. Полученные наиболее полные сведения о температуре и энтальпии плавления ИМ составов Pb3Ln, Pb2Ln и Pb4Ln3 позволили установить, что закономерности изменения этих характеристик ИМ в зависимости от природы лантаноидов имеют сложный характер, с проявлением тетрад-эффекта, и чётко делятся на соответствующие подгруппы - цериевую и иттриевую. Эти закономерности внутри подгрупп лантаноидов проявляются по-разному, в зависимости от природы лантаноидов и тех факторов, которые учитываются при обработке данных по основному полуэмпирическому методу. Свойства ИМ европия и иттербия выпадают из общей закономерности, обусловленным заполнением их 4f-орбиталей электронами наполовину или полностью. В целом с ростом порядкового номера лантаноидов наблюдается симбатное увеличение температуры и энтальпии плавления в ряду сходных ИМ состава Pb4Ln3 и понижение этих характеристик для составов Pb3Ln и Pb2Ln.
Бесплатно
Иерархическая модель процесса волочения проволоки в смещенных парах роликов
Статья обзорная
Бесплатно
Иерархический подход в разработке программного комплекса моделирования процессов прокатки
Статья научная
При определении формы и размеров переходных сечений малоизученным вопросом является определение уширения металла, а также формы поверхности, свободной от контакта с валками. Для решения этой задачи разработан программный комплекс на основе иерархического подхода, который объединяет научные методы моделирования процессов сортовой прокатки и эмпирические зависимости на различных уровнях решения задач.
Бесплатно
Статья научная
Разработана новая технология изготовления керамических форм из наливных самотвердеющих смесей на основе металлофосфатных связующих с использованием наносекундных электромагнитных импульсов. Она позволяет ускорить цикл формообразования, исключить сушку форм и стержней, улучшить комплекс их физико-механических свойств. В результате улучшается качество поверхности отливок в литье по выплавляемым моделям.
Бесплатно
Изготовление металлокерамических композитов по способу «конденсированное горение - пропитка»
Статья
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается способ повышения микротвердости поверхности безвольфрамового твердого сплава на основе карбида титана со связующей фазой из интерметаллида никелида титана (TiNi). Известно, что матрица в твердых композиционных материалах должна проявлять способность к произвольному формообразованию в процессе деформации композита, а также хорошо упрочняться и хорошо смачивать твердые частицы, обеспечивая прочную связь по границам фаз и высокую плотность при спекании. Повышение прочностных свойств и твердости композиционных материалов достигают совершенствованием микроструктуры, устранением дефектов в их строении при улучшении процессов смачивания связующей фазой. Экспериментально установлено, что процесс облучения поверхности отполированных образцов ионами Ar+ и Zr+ с энергией около 20 кэВ и дозой 1017 ион/см2 твердого сплава приводит к значительному изменению микротвердости материала за счет образования закалочных точечных дефектов, возникающих при интенсивном нагреве и охлаждении образцов композита. В результате имплантации образцов твердых сплавов структура формируется в крайне неравновесных условиях взаимодействия поверхности безвольфрамового сплава с концентрированным потоком энергии и вещества. Поэтому этот метод повышения прочности и микротвердости является перспективным способом повышения износостойкости дезинтеграторных бил и металлокерамических зубьев, используемых в дорожно-строительных машинах для ремонта дорожного покрытия. Кроме того, изменение температуры, возникающей при облучении твердых сплавов системы TiC-TiNi, играет значительную роль в формировании его структуры и изменении микротвердости на поверхности образцов.
Бесплатно
Изменение электронной структуры -железа, содержащего внедренные атомы водорода
Статья научная
Моделирование растворения малых примесей водорода в ОЦК-железе с помощью программного пакета WIEN2k показало, что разбиение обратного пространства на 27 k-точек и использование Kmax=5,0 a.e.-1 дают достаточно точные значения энергии растворения. Тетраэдрическая позиция оказалась на 0,46 эВ стабильнее октаэдрической. Энергия растворения водорода в ней составила 0,307 эВ без учета релаксации и 0,190 эВ с учетом релаксации решетки.
Бесплатно
Статья научная
Применение электрошлаковой технологии для получения металлических материалов весьма вариативно и позволяет различными способами воздействовать на структуру получаемой отливки. Один из способов - получение многослойной заготовки. По предлагаемой нами технологии формирования слоёв нового состава осуществлялось дачей, с заданной периодичностью в жидкометаллическую ванну углеродосодержащего материала конкретной массы. С целью определения изменений, вызванных введением добавок, проведён ряд механических испытаний, в частности - определение микротвёрдости полученного материала. Измерение микротвердости при металлографических исследованиях позволяет получить результаты, недостижимые при макроскопических механических испытаниях. Например, выявить картину изменения значения твёрдости в многослойной металлической композиции. Определение микротвёрдости многослойной металлической композиции проводилось на платформе ООО «Тиксомет» (Санкт-Петербург). На микротвердомере Buehler Micromet 6040 с моторизацией и оснащённый программным обеспечением Thixomet, с использованием четырёхгранной алмазной пирамидки при нагрузке 200 гс. Исследование проводилось в соответствии с ГОСТ Р ИСО 6507-1:2007. Анализ полученных данных позволяет констатировать: микротвёрдость материала, с большим количеством присадки выше, чем с меньшей массой присадки-науглероживателя; на поперечных образцах микротвёрдость выше, чем на продольных; образцы, подвергнутые более глубокой степени деформации и термической обработке по режиму «отжиг» и «отжиг + закалка», показывают значения микротвёрдости почти в 2 раза выше. Также, стоит отметить, что глубокая степень деформации приводит к размытию в структуре материала слоёв и обозначает максимальную степень деформации материала, при котором сохраняется многослойная структура.
Бесплатно
Износоустойчивость литых высокоуглеродистых сталей при абразивном изнашивании
Статья обзорная
Бесплатно
Изучение влияния замещения кобальтом на структуру никель-цинкового феррита
Статья научная
В работе представлены результаты получения и исследования структуры и свойств никель-цинковых ферритов, легированных кобальтом, с общей формулой Ni0,3Zn0,7-xCoxFe2O4 (при замещении x равном 0; 0,2; 0,4; 0,6). Образцы были получены методом твердофазного синтеза в трубчатой печи с карбидкремниевыми нагревателями при температуре 1150 °С. Проведено исследование морфологии и химического состава на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM 7001F с энергодисперсионным анализатором Oxford Instruments (Inca X-max 80). Исследование фазового состава проведено на порошковом дифрактометре Rigаku Ultimа IV. Полученные данные позволяют утверждать, что все составы из подготовленной линейки образцов монофазны и имеют структуру шпинели. Также исследовано влияние кобальта на параметры кристаллической решетки образцов, которые имеют величину от 8,3743 Å до 8,4085 Å. На гелиевых пикнометрах AccuPyc 1340, Micromeritics проведено исследование плотности образцов. Используя данные о плотности образцов на пикнометре и рассчитанную рентгеновскую плотность, была вычислена пористость материала. Установлено, что по мере увеличения степени замещения кобальта х от 0 до 0,6 наблюдается увеличение кажущейся плотности образцов и уменьшение пористости.
Бесплатно
Краткое сообщение
Изложена методика исследования дисперсно-упрочненных центробежно-литых стальных заготовок для определения величины временного сопротивления разрушению в различных сечениях. Приводятся результаты исследования влияния концентрации дисперсных частиц на величину временного сопротивления разрушению.
Бесплатно
