Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия

Распределение хрома и ванадия в диффузионном слое стали 35Х2Н3 при совместном термодиффузионном насыщении

Шабурова Юлия Дмитриевна, Шабурова Наталия Александровна, Пашкеев Игорь Юльевич

Статья научная

Термодиффузионное насыщение поверхности сплавов двумя и более элементами остается малоизученным несмотря на большой практический и научный интерес, который представляет подобный метод химико-термической обработки. Одновременное введение нескольких элементов позволяет значительно сократить продолжительность обработки изделий и получить на поверхности изделия многофазный состав, что открывает широкие возможности для придания изделиям уникальных технологических и эксплуатационных свойств. В статье описаны особенности распределения хрома и ванадия при совместном термодиффузионном насыщении стали 35Х2Н3 при температуре 1000 °С. Предлагаемая методика анализа основана на возможностях рентгеноспектрального микроанализа (РСМ) диффузионных слоев на поперечных микрошлифах полученных образцов. Контроль элементного состава диффузионного слоя проводили на универсальном сканирующем (растровом) электронном микроскопе JEOL JSM-6460 LV. Исследование микроструктуры осуществлялось на оптическом металлографическом микроскопе Axio Observer D1.m. Рентгенофазовый анализ проводился на диффрактометре Rigaku Ultima IV. Измерение твердости проводилось на микротвердомере FM-800 при нагрузке 100 г. Получены данные о качественном и количественном распределении хрома и ванадия в поверхностном слое стали. Показано, что формирующееся диффузионное покрытие имеет следующее строение: бесструктурный внешний слой, состоящий преимущественно из карбидов и нитридов хрома и ванадия, → область столбчатых кристаллов (испытывающая γ→α превращение при охлаждении), состоящая преимущественно их твердого раствора Cr1,0V0,4Fe0,3, → частично обезуглероженная α-фаза → основной металл. Определены коэффициенты диффузии хрома и ванадия: в α-фазе DCr = 1,3•10-15 м2/с; DV = 1,8•10-14 м2/с; в γ-фазе DCr = 1,13•10-15 м2/с; DV = 1,3•10-15 м2/с. Микротвердость внешнего поверхностного слоя составила 1400-1980 H, диффузионного слоя в основном металле - 630-790 HV, основного металла - порядка 540-510 HV.

Бесплатно

Кинетика выщелачивания молибдата кальция раствором карбоната натрия

Алешин Дмитрий Сергеевич, Крашенинин Алексей Геннадьевич, Гаврилов Алексей Сергеевич, Танутров Игорь Николаевич

Статья научная

Молибдат кальция CaMoO4 (повеллит) является главным продуктом при окислительном обжиге сульфидных молибденовых концентратов и молибденового сырья с кальцийсодержащими добавками. Далее огарок перерабатывают гидрометаллургическим способом. Одним из основных способов извлечения молибдена из огарка является выщелачивание раствором карбоната натрия. С целью определения оптимальных параметров извлечения Мо необходимо исследовать кинетику выщелачивания CaMoO4 водным раствором Na2CO3, определить зависимости скорости процесса извлечения молибдена в раствор от основных технологических параметров: температуры, концентрации реагентов, установить лимитирующую стадию процесса. В качестве исходных материалов применяли СаМоО4 и Na2CO3 квалификации ХЧ. Растворение СаМоО4 в Na2CO3 изучали в пределах концентрации соды СNa2CO3 = 100, 150, 200, 250, 300 г/дм3, в температурном интервале от 20 до 90 °С, отношение Т : Ж = 1 : 2, 1 : 4, 1 : 6, 1 : 8, 1 : 10, продолжительностью от 30 до 300 мин. Изучена зависимость скорости выщелачивания CaMoO4 от интенсивности перемешивания. Определены кажущийся порядок реакции в интервале концентрации Na2CO3 = 100…250 г/дм3 и кажущаяся энергия активации в интервале температур от 60 до 90 °С. Установлено, что оптимальными параметрами выщелачивания СаМоО4 является: Т : Ж = 1 : 6, Т = 90 °С, СNa2CO3 = 200…250 г/дм3, интенсивности перемешивания более 500 мин-1, при данных параметрах процесс протекает в кинетическом режиме. Показано, что при концентрации Na2CO3 более 250 г/дм3 процесс протекает с образованием карбонатов натрия-кальция, в этом случае лимитирующей стадией процесса является внутренняя диффузия. Также формирование карбонатов натрия-кальция приводит к увеличению расходу Na2CO3.

Бесплатно

Особенности твердофазного восстановления компонентов марганцевых руд разного генезиса

Косдаулетов Нурлыбай Ыргызбайулы, Рощин Василий Ефимович

Статья научная

Приведены результаты твердофазного восстановления компонентов марганцевых руд разного генезиса, отличающихся содержанием оксидов марганца, железа и фосфора. В качестве образцов использованы природная богатая оксидом марганца мономинеральная руда из Бразилии, железомарганцевый концентрат Жайремского ГОК (Казахстан) с высоким содержанием железа и железомарганцевая руда Селезеньского месторождения (Россия) с относительно высоким содержанием железа и фосфора. Приведены результаты исследования фазового состава исходных руд и распределения основных элементов в рудных материалах. Исследовано влияние температуры, продолжительности выдержки и вида восстановителя на процесс твердофазного восстановления элементов. Эксперименты проведены в лабораторной печи Таммана при температуре 900 и 1000 °С и выдержке в течение 90, 180 и 300 мин. Установлена возможность селективного восстановления железа из комплексных марганцевых руд до металлического состояния не только твердым углеродом, но и моноксидом углерода. При температуре 900 °С в атмосфере СО можно селективно восстановить железо без восстановления P и Mn. С повышением температуры до 1000 °С и продолжительности выдержки в атмосфере СО вместе с железом восстанавливается фосфор. В случае восстановления твердым углеродом при этих условия в металлическую часть переходят железо, фосфор и марганец. Увеличение продолжительности выдержки при температуре 1000 °С сопровождается повышением в металлической фазе концентрации марганца. Во всех экспериментах с появлением новой металлической фазы выделяется и новая оксидная фаза, состоящая из оксидов невосстанавливаемых в условиях эксперимента металлов (магния, алюминия, кремния и марганца).

Бесплатно

Оценка зависимости перемешивания электролита в разработанной портативной установке для получения электролитической фольги

Носкова Мария Николаевна

Статья научная

В статье представлены результаты компьютерного моделирования процесса перемешивания электролитического раствора в разработанной портативной установке для получения медной фольги, предназначенной для исследовательских целей. Перемешивание электролитического раствора при получении медной фольги путем электролиза необходимо для поддержания постоянной концентрации ионов меди у поверхности барабана, погруженной в электролит. Это один из контролируемых параметров, влияющих на толщину и качество получаемой полосы, а именно, за счет перемешивания электролитического раствора и поддержания тем самым постоянного состава электролита в зазоре между катодом и анодом частицы меди оседают на поверхность барабана более равномерно, вследствие чего фольга получается с более однородной структурой и одинаковой толщиной по всей длине барабана-катода. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить потери при формировании конечной ширины готовой полосы. В рамках работы было проведено исследование влияния конструктивных элементов емкости для электролита портативной установки для получения электролитической фольги на перемешивание электролитическим раствором. Для оценки зависимости перемешивания электролитического раствора от количества и расположения впускных и сливных отверстий в ванне электролизера моделирование процесса перемешивания электролита проводилось в интегрированном пакете SolidWorks Flow Simulation. Для этого было подготовлено несколько конфигураций ванны для электролита, отличающихся количеством и расположением входных и сливных отверстий. В результате проведенного исследования был сделан вывод о том, зависит ли процесс перемешивания электролита в ванне электролизера от ее конфигурации.

Бесплатно

X-ray study of yttrium texture using standard and extended dialing pole densities

Stepanenko A.V.

Статья научная

Various methods of experimental study of the texture of polycrystalline metals and alloys are considered. The texture formed upon plastic deformation or upon recrystallization annealing leads to anisotropy of the physical and mechanical properties of metallic materials. For express calculations of the values of anisotropic physical properties of polycrystals, methods based on the use of integral characteristics of textures are preferred. An X-ray method for calculating orientation factors for textured metals with a hexagonal close-packed structure is discussed. Calculation of the orientational factor of texture Δi assumes averaging over the representative volume of the polycrystalline sample under study. The basis for calculating the orientational factors of a textured polycrystal is the reverse pole figure. In the standard method for calculating the reverse pole figure of hcp metals, 17 crystallographic orientations are used. Yttrium texture analysis can be performed using an extended set of pole densities on the reverse pole figure. A method for calculating the reverse pole figure for hcp metals is proposed, which takes into account 24 crystallographic orientations. The data of X-ray diffraction studies of polycrystalline yttrium after deformation by cold rolling with a degree of deformation = 45% are discussed. On the basis of the obtained X-ray data, the reverse pole figures of deformed yttrium were constructed using the standard method and using an extended set of pole densities. The orientation factor of the texture Δi of the deformed yttrium polycrystal was determined. A comparative calculation of the resistivity ρi of textured yttrium has been performed using two experimental procedures. The extended set of pole densities on the reverse pole figure is most convenient when studying samples in which a sharp deformation texture is formed. The proposed technique accurately describes the dynamics of texture formation, describes more precisely the features of the pole density distribution on the reverse pole figure, and allows one to determine the anisotropic physical properties of materials.

Бесплатно

Применение роликового волочения при изготовлении простых и фасонных профилей из труднодеформируемых сплавов

Радионова Людмила Владимировна, Сарафанов Александр Евгеньевич

Статья научная

Титановые сплавы и высоколегированные нержавеющие стали достаточно проблематично обрабатывать волочением в монолитных волоках. Связано это с особенностями трения скольжения на контакте «инструмент - обрабатываемый материал» и наличием тянущего усилия, приложенного к переднему концу проволоки в процессе пластической деформации. При деформации титановые сплавы сильно упрочняются с потерей пластических свойств. Это вызывает необходимость применять частые промежуточные отжиги. Роликовое волочение можно рассматривать как одно из перспективных направлений совершенствования технологии изготовления проволоки и фасонных профилей из труднодеформируемых сплавов. В настоящей работе разрабатывается инструмент и технологии, обеспечивающие изготовление простых и фасонных профилей из труднодеформируемых сплавов роликовым волочением. Предложены и приведены конструкции роликовых волок со смещенными по оси волочения парами горизонтальных и вертикальных роликов, позволяющие изготавливать проволоку простого и фасонного профилей диаметром от 0,5 до 12,0 мм. В роликовых волоках представленной конструкции можно получать круглый, прямоугольный, шестигранный и другие виды профилей, в том числе фасонные. Для этого могут быть использованы калибровки «круг - овал - круг», «круг - ромб - гладкая бочка» и другие. Показаны технологические решения по изготовлению шестигранного профиля S = 2,2 мм из заготовки труднодеформирумых сплавов 09Х16НЧБ, 12Х18Н10Т, ВТ16 различного диаметра. Для повышения ресурса эксплуатации волок ролики, изготовленные из термообработанной стали марки Х12МФ, рекомендовано упрочнять путем нанесения на рабочую поверхность функционального покрытия из сплава WC-10Co-4Cr детонационным напылением с последующим проплавлением этого слоя лазером. Исследования, проведенные на образцах, показали семикратное повышение износостойкости по сравнению с аналогичными, подвергнутыми только традиционной для Х12МФ термической обработке в виде закалки с отпуском.

Бесплатно