Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 866
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
Статья научная
Силы трения, возникающие на контакте прессового инструмента с деформируемым металлом, являются причиной износа прессового инструмента. Для снижения сил трения на контактных поверхностях используют стеклосмазки. Технологичность стеклосмазки характеризуется способностью образовывать смазочный слой, выдерживающий высокие нагрузки. В статье представлены результаты исследования влияния размера частиц стеклосмазок на образование эффективного смазочного слоя. Исследования проводили на контакте внутренней поверхности гильзы с иглой, на контакте наружной поверхности гильзы со стенками контейнера и на контакте наружной поверхности гильзы с матрицей. Анализ полученных данных позволил сделать вывод о том, что на каждой контактной поверхности требуется определенный гранулометрический состав стеклосмазки.
Бесплатно
Статья научная
На данный момент наибольшее применение в промышленности из-за своих уникальных свойств по сравнению с покрытиями чистыми металлами нашли покрытия различными электролитическими сплавами. Цинк-никелевые покрытия относятся к электролитическим покрытиям и, обладая рядом высоких эксплуатационных свойств, могут служить заменой покрытий из токсичных металлов, таких как кадмий. Но использование данных покрытий затруднено из-за сложности процессов, проходящих при электроосаждении. В настоящей работе исследовано влияние добавок глицина на состав и структуру цинк-никелевых покрытий, а также на выход по току вследствие снижения выделения водорода. В работе использованы два электролита, один из которых содержал добавку глицина. Химический состав электролитов контролировался методами бихроматометрического и комплексонометрического титрования. Валовый состав определяли с помощью электронного сканирующего микроскопа JEOL JSM-7001F. При осаждении из обоих электролитов, во всем интервале рабочих плотностей тока установлено, что цинк, являясь менее благородным металлом, осаждается предпочтительнее, чем никель. Данный процесс имеет название «аномальное» соосаждение. Для электролита без добавок установлено, что повышение плотности тока приводит к росту толщины покрытия, на содержание никеля и цинка повышение плотности тока практически не влияет. Анализ микрофотографий поверхностей осажденных покрытий показал, что при низких плотностях тока зерна имеют округлую форму, а при высоких ограненную, и происходит образование кристалловидных поверхностей. Добавка глицина в электролит позволила увеличить диапазон рабочих плотностей тока. Скорости осаждения компонентов покрытия, рост его толщины аналогичны результатам осаждения в электролите без добавок, однако содержание никеля увеличивается из-за образования электрохимических активных комплексов никеля с глицином на никелевом аноде. Помимо этого, покрытия, осажденные из электролита с глицином, имеют повышенные декоративные свойства, связанные с тем, что глицин понижает выход водорода на поверхности осаждаемых пластин, и покрытия получаются с меньшим количеством дефектов.
Бесплатно
Исследование влияния количества ремонтов сварного соединения на его механические свойства
Статья научная
Приведены результаты экспериментальных исследований влияния количества ремонтов дефектных участков сварного соединения на его механические свойства. Для оценки степени значимости исследуемых факторов построены диаграммы Парето и проведен дисперсионный анализ результатов испытаний.
Бесплатно
Статья научная
Твердые тугоплавкие частицы карбидов, закрепленные в матрице металла, способны значительно влиять на его износостойкость: эффект увеличения износостойкости достигается за счет того, что частицы препятствуют сдвигу дислокаций. Известно, что величина изменения износостойких свойств зависит от концентрации частиц в металле. В статье приведены результаты исследований влияния концентрации дисперсных частиц в центробежно-литых заготовках на износостойкие свойства дисперсно-упрочненного металла.
Бесплатно
Статья научная
На трубопрокатном агрегате ТПА-140 ОАО «Синарский трубный завод» с автоматическим раскатным станом «тандем» прокатывают трубы из углеродистых и легированных марок стали ответственного назначения: бурильные, обсадные, для энергомашиностроения и другие диаметром от 73 до 168 мм с толщиной стенки от 5 до 23 мм. Для снижения себестоимости стоит задача освоения производства всего сортамента ТПА-140 из НЛЗ диаметром 150,0 или 156,0 мм на существующем оборудовании, т. е. исключение из производства катаной заготовки диаметром 120,0 мм. Для освоения НЛЗ необходимо увеличить коэффициент вытяжки на автомат-стане «тандем». В настоящее время коэффициент вытяжки на СПП-1 (стан продольной прокатки труб) находится в пределах 1,16-1,5, а на СПП-2 - 1,07-1,15. Применение больших обжатий вызывает появление продольного дефекта «риска» на поверхности труб. В статье представлены результаты исследования снижения размеров лампасов труб и, как следствие, уменьшение объема брака по дефекту «риска» за счет применения кинематического натяжения в процессе раскатки на короткой оправке предварительно овализированной гильзы. Проведено исследование влияния коэффициента кинематического натяжения на формоизменение трубы в выпусках калибра при продольной прокатке с предварительной овализацией гильзы. Установлено, что кинематическое натяжение в процессе прокатки на короткой оправке предварительно овализированной гильзы позволяет уменьшить интенсивность утолщения стенки гильзы-трубы в выпусках калибра при прокатке в СПП-1, что позволяет уменьшить вероятность образования продольных рисок на внутренней поверхности труб. Показана возможность увеличения коэффициента вытяжки при прокатке на автоматическом стане «тандем».
Бесплатно
Исследование влияния отжига на строение и свойства биметаллических лент латунь - алюминий - латунь
Статья научная
Целью работы явилось исследование влияния отжига на строение и свойства тонкой биметаллической ленты латунь Л90 - алюминий АМг2 - латунь Л90 после плакирования (сварки) холодной прокаткой. При отжиге исследуемой композиции на границе контактирующих слоев алюминий - латунь возникают интерметаллиды, величина, строение и химический состав которых зависит от длительности отжига. Появление интерметаллидов в переходной зоне приводит к снижению прочности сцепления слоев. Выбор оптимальной длительности отжига позволяет снизить отрицательное влияние интерметаллидов и обеспечить возможность получения тончайшей биметаллической ленты.
Бесплатно
Исследование влияния способа литья на коррозионную стойкость сплава АК12
Статья научная
Работа посвящена изучению кинетики и механизма силумина АК12, полученного литьем в песчаные формы, в кокиль и под давлением, в кислых и щелочных растворах. Исследования проводились методами гравиметрии, титриметрии, фотометрии и микроструктурного анализа. Обнаружено, что образцы, полученные литьем в песчаные формы, имеют крупнозернистую неоднородную структуру с игольчатыми выделениями кремния, а сплав, отлитый под давлением, - мелкозернистую и более однородную. Проанализированы кинетические зависимости коррозионного процесса обсуждаемого сплава, установлен механизм коррозии сплава АК12 в растворах с разным значением рН. Доказано влияние способа литья силумина на его коррозионную стойкость в различных средах: сплав АК12, полученный литьем в песчаные формы, вследствие большей структурной неоднородности подвержен большему коррозионному разрушению по сравнению со сплавом, полученным литьем под давлением. Полученные данные подтверждены результатами фотометрического и титриметрического анализа продуктов коррозии силумина АК12. Отмечено, что коррозия силумина в растворах электролитов протекает по электрохимическому механизму; функцию катодных участков при этом выполняют выделения в структуре зерна кремния, оксида кремния и примеси. Большое внимание уделено влиянию состава коррозионной среды на коррозионное поведение силумина. Установлено, что ванадаты выполняют функцию активаторов коррозионного процесса в кислой среде за счет их высокой окислительной активности, что способствует усилению процесса деполяризации катодных участков и, следовательно, увеличению скорости коррозии. Обнаружено, что сплав АК12, независимо от способа получения, крайне неустойчив в щелочных средах за счет амфотерных свойств алюминия. Приведены результаты исследования коррозионной стойкости сплава в присутствии ингибирующих добавок. Показано, что фосфаты характеризуются высоким защитным действием по отношению к силумину АК12 в кислых средах и не проявляют ингибирующих свойств в щелочных растворах.
Бесплатно
Статья научная
В современном волочильном производстве при изготовлении проволоки в настоящее время применяются прямоточные станы, на которых скорость волочения достигает 45 м/с. В настоящей работе проведены исследования влияния технологических параметров процесса волочения, а именно скорости волочения, угла монолитной волоки, коэффициента вытяжки, диаметра проволоки на скорость деформации. Для анализа использовался метод числового эксперимента (компьютерного моделирование) и расчетный метод (математическое моделирование). Компьютерное моделирование процесса волочения проводилось на проволоке d = 3 мм из стали марки 10. В процессе волочения при варьировании технологическими параметрами разброс значений скорости деформации составляет от 20 до 12 000 с-1. Результаты исследований показали, что максимальная скорость деформации при волочении в монолитных волоках может превышать двукратно среднюю скорость деформации. Угол волоки оказывает существенное влияние на равномерность распределения скоростей деформации по сечению проволоки. Повышение величины полуугла волоки α с 3 до 8° приводит к повышению скорости деформации до 2,5 раза. Локализация высоких скоростей деформации при больших полууглах волок сосредоточена в центральной части проволоки. Увеличение скорости волочения с 5 до 45 м/с приводит к повышению скорости деформации в 10 раз. Результаты определения средней скорости деформации расчетным методом и компьютерным моделированием в программе QForm показали высокую сходимость, что говорит о возможности и обоснованности использования расчетного метода для оценки влияния технологических параметров на скорость деформации в процессе волочения.
Бесплатно
Статья научная
Бесшовные трубы - это разновидность металлопроката, технология производства которого предусматривает отсутствие каких-либо швов по всей длине изделий. Такие сплошные заготовки изготавливаются на специальных прокатных станках. Производство бесшовных труб - сложный процесс, который требует соблюдения всех технических норм. В существующей практике на производстве бесшовных труб особое внимание уделяют соответствию получаемой продукции. При этом чем точнее получаемая труба, тем значительно легче проводить последующие операции, такие как нарезание резьбы, высадка концов и т. д. Одним из способов повышения точности производимых труб является точность выставления осей центрователей, удерживающих оправку относительно оси прошивки заготовки на прошивном стане, а также точность выставления оси на раскатном стане. В данной статье рассматривается влияние настройки осей центрователей на геометрию заготовки, а именно на разнотолщинность. В результате выполнения работы были построены 3D-модели элементов прошивного стана и самой заготовки в программе SolidWorks и спозиционированы относительно друг друга, проведено компьютерное моделирование процесса прошивки в программной среде QForm 2D/3D с различными значениями отклонения осей центрователей от оси прошивки: 0 мм, 2 мм, 5 мм. После получения данных о геометрии заготовки были построены необходимые графики и выполнен сравнительный анализ полученных данных. Выявлены закономерности влияния отклонения осей центрователей от оси прошивки и сделано заключение о допустимом отклонении, при котором заготовка получит необходимую разнотолщинность.
Бесплатно
Статья научная
Постановка задачи (актуальность работы): статья посвящена проблемам структурообразования при сварке низкоуглеродистых, низколегированных сталей. Формирование структуры металла сварных соединений происходит в сложных термических условиях, которые определяют комплекс эксплуатационных свойств. Наличие в металле сварного шва крупных столбчатых кристаллов является потенциально опасным фактором, так как при определенных условиях подобные структуры могут выступать концентраторами напряжений и служить источником разрушения. В работе рассматривается возможность управления первичной структурой наплавленного металла путем введения в расплав сварочной ванны нано- и ультрадисперсных частиц тугоплавкого материала. Цель работы: исследование влияния нано- и ультрадисперсных частиц монокарбида вольфрама WC на структуру наплавленного металла. Используемые методы: был проведен лабораторный эксперимент, который заключался в изготовлении электродов, содержащих в своем покрытии различное количество ультрадисперсного порошка WC; наплавке и изготовлении образцов; исследовании полученных образцов методом световой микроскопии (микроскоп Микромед-Мет) и измерении твердости по Виккерсу (прибор HV-1000). Новизна: получены новые данные о влиянии концентрации ультрадисперсного порошка WC в покрытии электрода на структуру наплавленного металла. Результат: структура металла, наплавленного электродами, содержащими в обмазке 0; 0,02 и 0,2 % (от массы сухой смеси) порошка WC, характеризуется наличием столбчатых кристаллов, окруженных сеткой периферийного феррита, образовавшегося вдоль границ первичных зерен. Наблюдаются игольчатые включения видманштеттового феррита, прорастающие от края кристаллов к их центру, а также структуры бейнитного типа. Структура металла, наплавленного электродами, содержащими в обмазке 0,4 % (от массы сухой смеси) порошка WC, характеризуется наличием измельченной ячеистой структуры, представленной равноосными кристаллами. Твердость наплавленного металла в образцах находится в диапазоне 184-189 HV. Практическая значимость: получены данные, необходимые для создания новых марок покрытых электродов для сварки-наплавки низкоуглеродистых, низколегированных сталей.
Бесплатно
Исследование возможности анализа напряженно-деформированного состояния на клеточных автоматах
Статья научная
Клеточно-автоматные модели обеспечивают создание дискретной модели сплошной среды. Это исключает процесс аппроксимации континуальной модели и повышает точность моделирования. Прямое моделирование взаимодействия повышает скорость расчётов. Используя предложенную в статье зависимость, можно исследовать процессы неравномерности распространения деформации в среде.
Бесплатно
Исследование возможности насыщения поверхностных слоев металлов хромом из сталеплавильных шлаков
Краткое сообщение
Изложены результаты ряда экспериментов по насыщению поверхностных слоев углеродистых марок стали легирующими элементами, содержащимися в сталеплавильных шлаках, в результате их выдержки при различных температурах различные промежутки времени.
Бесплатно
Статья обзорная
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты одного из этапов численного исследования напряженного состояния при волочении труб на самоустанавливающейся оправке. В частности, проанализировано условие равновесного положения самоустанавливающейся оправки в очаге деформации. Оригинальность данного исследования обусловлена использованием математической модели, учитывающей реальный характер упрочнения металла и различие граничных условий на контактной поверхности трубы с волокой и оправкой. Анализ полученных результатов показал, что диапазон допускаемого изменения граничных условий на контактной поверхности может быть существенно увеличен по сравнению с принимаемым в настоящее время. С целью оценки применимости на практике полученной информации приведены результаты исследования скоростной зависимости изменения коэффициента трения для различных смазочных материалов, используемых при оправочном волочении труб. Подтверждена возможность обеспечения установленных при моделировании граничных условий на контактной поверхности с волокой и оправкой. Приведены рекомендации по применению рассмотренных смазочных материалов в зависимости от скоростного режима волочения труб.
Бесплатно
Исследование дефектов горячекатаного листа из трубной стали и причин их образования
Статья научная
Конечный комплекс свойств трубопрокатной металлопродукции формируется в ходе всей совокупности переделов, важнейшим из которых является сталеплавильный. Особенно это касается непрерывнолитой заготовки, так как ликвация литого металла, которая наследуется при последующей прокатке, приводит к образованию неоднородной структуры и обуславливает снижение механических свойств. В работе проведено исследование листового материала из стали марки К56, применяемого для изготовления электросварных труб для нефтепроводов. Отбраковка материала была проведена на готовом изделии - как в основном металле труб, так и в околошовной зоне при ультразвуковом контроле были обнаружены расслоения. Для установления природы выявленных дефектов были проведены микроструктурные исследования средствами оптической и электронной микроскопии. Результаты оптической микроскопии подтвердили наличие несплошностей в виде трещин в осевой зоне образцов. Микроструктура металла в осевой зоне имеет отличную от основного металла морфологию и идентифицируется как низкоугледистый мартенсит. В то время как основной металл имеет полосчатую феррито-бейнитную структуру. Наличие мартенсита подтверждают и измерения микротвердости: основной металл имеет твердость порядка 220 HV, несплошность в осевой зоне 270 HV. Кроме того, было проведено исследование химического состава структурных составляющих по высоте образцов, которое показало повышенное кличество Si и Mn вдоль осевой линии. Также в осевой микротрещине были обнаружены крупные строчечные выделения сульфидов и карбиды ниобия. Таким образом, установлено, что расслоения, обнаруженные в осевой зоне листового проката, являются следствием ликвации исходной непрерывнолитой заготовки.
Бесплатно
Статья научная
Неразрушающий контроль рельсов - один из важнейших этапов производства, потому что он позволяет наиболее объективно определить, соответствуют ли рельсы, изготовленные по определенному технологическому процессу, необходимым требованиям. Способность выдерживать постоянные ударные нагрузки является одним из важных параметров, характеризующих долговечность эксплуатации рельсов, особенно при отрицательных температурах. Данная характеристика зависит от многих факторов, среди которых размер и характер распределения неметаллических включений, размер зерна, наличие упрочняющих частиц, равномерность их распределения и многое другое. Неразрушающие методы исследования проводятся сплошным контролем по всему сечению каждого рельса непосредственно при их производстве для предотвращения контактно-усталостных трещин и других дефектов при их эксплуатации, которые могут спровоцировать нарушение работы железнодорожного транспорта. Задачи по совершенствованию процесса выявления брака неразрушающими методами контроля остаются актуальными из-за множества воздействующих на них факторов или даже комплекса факторов. В настоящей работе представлены результаты оценки внутренних металлургических дефектов, обнаруженных с помощью неразрушающей ультразвуковой дефектоскопии в процессе производства рельсов Р65, изготовленных из стали К76Ф. Проведено электронно-микроскопическое исследование химического состава, структуры, размеров, формы, характера распределения выявленных дефектов. Они представляют собой сложные алюмосиликаты, сульфиды, окаймленные карбидами титана и ванадия, а также вкатанную при прокатке окалину. Дефекты выявлены главным образом в шейке рельсов. Это неметаллические включения, сформировавшиеся в стали при выплавке, раскислении, разливке и прокатке. Условия кристаллизации непрерывно литой заготовки способствуют образованию неметаллических включений преимущественно в ее центре, из которого при последующей прокатке формируется шейка рельса.
Бесплатно
