Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 842
Исследование и разработка упрощенной технологии производства графитопластовых щеток
Статья научная
Представлен анализ известных и новых, созданных с участием ученых ЮУрГУ, способов производства щеток для электрических машин из углеродных порошковых композиций.
Бесплатно
Исследование изменения температуры валка после вывалки из клети
Краткое сообщение
В настоящее время с повышением спроса на металлопродукцию все более жесткие требования предъявляются к качеству горячекатаного проката. Одним из важных критериев качества готового проката является поперечный профиль. В настоящее время существует ряд перспективных методов регулирования поперечного профиля. Одной из таких технологий является применение осевой сдвижки рабочих валков в клетях CVC. Поперечный профиль полосы формируется в чистовых клетях стана горячей прокатки в процессе обжатия валками, поэтому получение требуемого профиля во многом зависит от точности исполнения профилировки рабочих валков, а также работы системы автоматического управления профилем и плоскостностью (PFC). На работу системы PFC влияет множество факторов, одним из которых является тепловой профиль валка, изменяющий форму межвалкового зазора в процессе прокатки, а, следовательно, влияющий на поперечный профиль горячекатаных полос. Для учета этого влияния необходимо понимать особенности теплового состояния прокатных валков. Представлены результаты исследования изменения температуры валка после вывалки из клети, проведенного в условиях действующего производства. Данные, полученные на основе результатов математического моделирования и экспериментального исследования, позволили получить регрессионные уравнения, определяющие в любой момент времени после вывалки из клети разность температуры по длине бочки валка. Регрессионные зависимости в дальнейшем могут найти применение в оптимизации алгоритма начальной настройки стана в части корректировки положения осевой сдвижки рабочих валков в зависимости от остаточной температуры валков на момент завалки.
Бесплатно
Исследование износа сегментов экспандера при калибровке труб большого диаметра
Статья научная
На металлургических производствах используются дорогостоящие инструменты, которые часто обладают сложной геометрией. Работоспособность таких инструментов напрямую влияет на экономические показатели производства. Одним из таких инструментов является сегмент экспандера. Данный инструмент используется в процессе калибровки труб большого диаметра, полученных по схемам JCOE, UOE, RB-формовка. Процесс экспандирования является последним этапом формообразования, заключающийся в поэтапной деформации трубной заготовки с помощью сегментов, которые обладают определенным набором механических и геометрических свойств. На каждом этапе сегменты придают округлую форму трубе, исправляя прямые участки, овальность и другие геометрические неровности заготовки. Основная нагрузка процесса приходится на сегменты экспандера. В данной работе исследуется износ сегментов в процессе экспандирования (калибровки) электросварных труб большого диаметра. Для предсказания износа были построены CAE-модели процесса экспандирования в специализированном программном комплексе MSC-Software, с помощью которых производился анализ возможного износа, его величина, положение и характер. Предложена методика оценки износа сегментов экспандера с помощью 3D-сканирования, оцифровки полученных данных и построения 3D-карты отклонений от эталонной модели. Анализ конечно-элементного моделирования и экспериментальных исследований показал, что CAE-модели с высокой сходимостью предсказывают зоны и особенности распределения износа сегментов экспандера. Показано, что моделирование с высокой степенью достоверности можно использовать для оценки работоспособности инструментов как новых, так и уже эксплуатируемых. На основе экспериментальных данных было получено уравнение для определения износа сегментов экспандера. По полученному уравнению построена номограмма, позволяющая прогнозировать износ сегментов экспандера в зависимости от напряжений, возникающих в инструменте при калибровке, и количества обработанных труб. Оценка и учет износа рабочей поверхности сегментов экспандера позволяет прогнозировать отклонения геометрических параметров труб в процессе экспандирования.
Бесплатно
Исследование кинематики рычажных механизмов привода валков станов шаговой прокатки
Статья научная
Выполнен структурный анализ механизма привода валков станов шаговой прокатки с качающимися валками. С использованием аналитических методов получены зависимости, связывающие угловые положения, скорости валков и приводных кривошипов. Разработаны рекомендации для проектирования станов шаговой прокатки, использование которых позволяет увеличить длину обжимного участка валков, повысить производительность и качество получаемого проката.
Бесплатно
Статья научная
Изучена коррозионная стойкость разработанной аустенитной стали 03Х20Н9Г3А0,30, легированной азотом, в сравнении со сталью 03Х18Н11. Анализ коррозионной стойкости к межкристаллитной коррозии в азотной кислоте проводили по методу ДУ (ГОСТ 6032-2017), также оценивали сопротивляемость исследуемых сталей в 42%-ном кипящем растворе MgCl2. Установлено, что скорость коррозии в кипящей азотной кислоте (метод ДУ по ГОСТ 6032-2017) для стали, не легированной и легированной азотом, соизмерима и составляет порядка 0,2-0,4 мм/год. Однако показано, что инкубационный период для достижения состояния неудовлетворительной стойкости к межкристаллитной коррозии у предлагаемой стали 03Х20Н9Г3А0,30 оказывается примерно в 4 раза больше, чем у стали 03Х18Н11. Дополнительно определены условия стойкости исследуемых сталей к межкристаллитной коррозии в кипящей 65 % азотной кислоте после провоцирующего нагрева при температурах от 500 до 850 °С и выдержках от 1 до 100 ч. По результатам испытаний построена диаграмма Ролласона. Также исследовано влияние микролегирования бором и редкоземельными металлами на коррозионную стойкость (по методу ДУ ГОСТ 6032-2017) стали 03Х20Н9Г3А0,30. Определены допустимые концентрации микролегирующих элементов (бора до 0,0025 мас. %, а РЗМ до 0,04 мас. %), обеспечивающие высокую технологическую пластичность металла без снижения его коррозионной стойкости. При испытаниях по методу ДУ коррозионные потери металла в обоих указанных случаях составили не более 0,35 мм/год, однако при введении бора в количестве 0,01 мас. % скорость коррозии резко увеличивается до 1,328 мм/год при одновременном снижении технологической пластичности. В результате испытаний образцов сравниваемых сталей на коррозию под напряжением в 42%-ном кипящем растворе MgCl2, установлено превосходство стали 03Х20Н9Г3А0,30 над сталью 03Х18Н11 при напряжении 280 МПа более чем в 8 раз, а при напряжении 100 МПа почти в 10 раз. Следует отметить, что характер разрушения стали 03Х20Н9Г3А0,30 и 03Х18Н11 идентичный, но время, необходимое для зарождения и развития трещин, отличается почти на порядок.
Бесплатно
Статья научная
Описан метод мультимасштабного моделирования, позволяющий учесть микроструктурное строение обрабатываемой стали и динамические структурно-фазовые превращения. На примере необходимости учета микроструктурного строения TRIP сталей сформулированы актуальные проблемы традиционных методов проектирования технологических режимов с использованием компьютерного конечно-элементного моделирования. Апробация предложенного метода моделирования проводилась на примере внедрения стали TRIP 700 в традиционный процесс волочения и оценки возможности управления распределением свойств посредством параметров процесса. Метод также позволил изучить деформационное взаимодействие элементов микроструктуры TRIP стали между собой, тем самым объяснив наличие более высоких (в 2-3 раза превышающих средние значения) радиальных деформаций в пластичных фазах вблизи большего скопления зерен более прочных фаз бейнита и мартенсита.
Бесплатно
Исследование межфазного взаимодействия высокоуглеродистого феррохрома со шлаком его производства
Статья обзорная
Бесплатно
Исследование механических характеристик многослойного композиционного материала
Краткое сообщение
Описаны технологические параметры получения композиционного материала с многослойной структурой методом электрошлакового переплава с введением углеродсодержащего компонента. Приведены данные механических испытаний многослойной литой композиции. Проанализированы механические свойства материала.
Бесплатно
Статья научная
Дан обзор структурных изменений и развития поврежденности металла теплоэнергетического оборудования, эксплуатирующегося в условиях деформации ползучести при высокой рабочей температуре. В качестве альтернативы замене исчерпавшего ресурс работоспособности металла рассмотрено применение восстановительной термической обработки (ВТО). Описана технология проведения ВТО непосредственно в условиях электростанции без демонтажа паропровода с использованием индукционного нагрева электротермической установкой повышенной частоты. Впервые проведен промышленный эксперимент по применению данного метода для продления срока эксплуатации металла гибов из стали 12Х1МФ двух паропроводов энергоблоков мощностью 200 МВт, превысивших нормативный срок службы (210 тыс. ч), с поврежденностью выше предельно допускаемого НТД уровня. Полученные результаты исследования микроповрежденности металла до и после ВТО свидетельствуют о реанимации структуры и залечивании пор ползучести в виде цепочек, образовавшихся в процессе длительной высокотемпературной эксплуатации. Комплексное исследование структуры, микроповрежденности, кратковременных механических свойств и длительной прочности, выполненное в лабораторных условиях на макетных гибах, показало обеспечение нормативных запасов прочности и возможность продления срока эксплуатации восстановленного металла на последующие 100 тыс. ч при номинальных рабочих параметрах пара.
Бесплатно
Исследование минимальной толщины полосы при несимметричной прокатке
Статья научная
Процесс несимметричной прокатки с различными окружными скоростями вращения рабочих валков расширяет технологические возможности станов холодной прокатки. За счет снижения контактных нормальных напряжений в очаге деформации уменьшаются упругие деформации валков, что позволяет использовать процессы несимметричной прокатки для получения тончайших полос и фольги. Однако минимальная толщина для этих процессов ограничивается контактом валков на краях бочек, что не допустимо, так как это обстоятельство приводит к резкому возрастанию усилия прокатки, повышению температуры валков на краях бочек, дополнительным термическим напряжениям и выходу валков из строя. Целью исследования по минимальной толщине полосы при несимметричной прокатке является установление особенностей ее достижения и оценка расчетных и экспериментальных данных. При этом под минимальной толщиной полосы в проходе при несимметричной прокатке понимается такая толщина, при которой рабочие валки вследствие их радиальной деформации и изгиба приходят в контакт на краях бочек. Установлено, что минимальная толщина при несимметричной прокатке, в частности при прокатке-волочении, в 2-3 раза меньше по сравнению с обычным процессом прокатки. При этом чем меньше вытяжка полосы в проходе, тем меньшую толщину полосы можно получить. Проведено сравнение экспериментальных и расчетных значений минимальной толщины полосы при прокатке-волочении, которое подтвердило возможность использования инженерных методик для определения минимальной толщины полосы в проходе из условия контакта валков на краях бочек.
Бесплатно
Исследование напряженного состояния сварных соединений бесфасоночных трубчатых узлов
Статья научная
Проведены исследования напряженного состояния сварных соединений бесфасоночных трубчатых узлов поляризационно-оптическим методом. Определены «горячие» точки и коэффициенты концентрации напряжений для них с учетом геометрической неоднородности сварных швов и схем нагружения узлов.
Бесплатно
Статья научная
Предложен способ изготовления капиллярно-испарительного патрона (КИП) из мелкодисперсного порошка меди марки ПМС-1 методом порошковой металлургии с использованием пресс-форм. Целью данного исследования является подбор конструкции и режимов изготовления КИП из мелкодисперсного порошка меди марки ПМС-1 методом порошковой металлургии, обеспечивающим высокие технические характеристики. Исследовано влияние засыпки активированным углем, а также влияние наполнения медного порошка частицами мочевины на капиллярную структуру изделий. Для получения КИП было изготовлено несколько вариантов пресс-форм, обеспечивающих точное изготовление пористых фитилей способом порошковой металлургии. Оптимальной температурой спекания медного порошка, обеспечивающей достаточную механическую прочность, теплопроводность КИП, оптимальную пористость его структуры, придающей ему свойства капиллярного насоса и парообразователя, является 840-850 °С. На примере испарения воды и спирта при нагреве фитиля определена толщина КИП в пределах 2,5-3,0 мм. Выбор медного порошка ПМС-1 (ГОСТ 4960-75) в качестве материала КИП является наиболее подходящим. Смачиваемость медного фитиля зависит от его капиллярности, степени очистки его перед сборкой и от давления. В вакууме медный фитиль смачивается значительно интенсивней. Использование смеси из порошков меди и мочевины (не более 5 об. %) в качестве исходного материала для спекания в пресс-форме имеет преимущества в виде увеличения пористости КИП, упрощения извлечения заготовок фитилей из пресс-форм, а также снижения окисления. Рекомендованы условия для увеличения пористости структуры, упрощения съёма заготовок фитилей из пресс-форм и снижения окисления. Результаты исследования данных фитилей могут применяться при разработке конструкций термосифонов и тепловых труб.
Бесплатно
Исследование области расслаивания расплавов в системе Cu-Pb импульсно-фазовым методом
Статья научная
Явление расслоения жидкостей играет важную роль в процессах разделения веществ методом экстракции, поэтому заслуживает внимательного изучения. Кроме того, расслаивающиеся расплавы интересны с точки зрения физики критических явлений в конденсированных системах. Однако до настоящего времени расслоение непрозрачных жидкостей, и в особенности металлических и полупроводниковых расплавов, изучено крайне слабо. Из 80 двойных систем, в которых обнаружено расслоение в жидком состоянии, только в нескольких приводятся экспериментальные данные, обозначающие купол двухфазной области L1 + L2. Во всех остальных случаях области лишь намечены по краям пунктиром. Анализ справочного материала за более поздний период времени показал, что положение дел в отношении исследования областей расслаивания практически не изменилось. Отмеченное обстоятельство связано, на наш взгляд, с отсутствием экспериментального метода, позволяющего надежно установить положение линии моновариантного равновесия, которая ограничивает область расслаивания в жидком состоянии. В настоящее время для решения этой задачи чаще всего используются методы: измерения электропроводности, вязкости, плотности, дифференциально-термического анализа, закалки из жидкого состояния с последующим металлографическим анализом и др. С использованием импульсно-фазового метода исследована область расслаивания в системе Cu-Pb. На основе экспериментальных данных построена линия моновариантного равновесия, ограничивающая указанную область. Установлены координаты критической точки: температура - (1271 ± 2) К, состав - 0,35 ат. доли Pb, остальное Cu. В данной работе показано, что импульсно-фазовый метод может быть с успехом использован для надежного установления границы области расслоения жидкостей на фазовой диаграмме, также для определения Ткр расслоения и для исследования самого процесса расслоения.
Бесплатно
Статья научная
Настоящая статья рассматривает причины образования и факторы, влияющие на развитие такого дефекта, как «рыбья чешуя». Указанный эффект является основной проблемой эмалированных изделий, нашедших широкое применение в бытовой среде. Дефект «рыбья чешуя» представляет собой отслоение эмали от металлопроката. Появление отслоения ведет к появлению углублений в эмалевом слое в форме полумесяца, которые остаются в местах отскока эмали. Места отскока (или как их называют - выколки) достигают 1-10 мм по ширине и могут нарушать как поверхностную целостность эмалевого слоя, так и металл. На основании исследований Клердинга, Хоффа и др. было определено, что «рыбья чешуя» зарождается за счет давления газообразного водорода, который выделяется из металла. Причина образования скоплений водорода обусловлена технологическими параметрами подготовки материала, состава эмали и т. д. В рамках настоящей работы были проведены исследования по определению степени зависимости между показателями наводораживания и химическим составом образцов, подготовленных для испытаний. Исследования проводились на эмалированных образцах стали марки 08ЮР с отличными друг от друга показателями водородного охрупчивания. После проведения металлографических испытаний исследуемых образцов при помощи металлографического инвертированного микроскопа, микрорентгеноспектрального анализа было установлено, что при увеличении процентного содержания углерода и марганца растет показатель склонности стали к наводораживанию, что повышает стойкость к образованию дефекта «рыбья чешуя». Между содержанием никеля, молибдена, ниобия и склонности металла к наводораживанию зависимость обратная, то есть склонность к наводораживанию снижается с повышением содержания указанных элементов.
Бесплатно
Исследование отжига биметаллической ленты латунь - алюминий в протяжной печи
Статья научная
Целью работы явилось исследование влияния отжига на строение и свойства тонкой биметаллической ленты латунь Л90 - алюминий (магналий) 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 и температуры отжига. Отжиг при температуре печи в зоне выдержки 550 °C с продолжительностью выдержки более 180 с и последующим охлаждением на воздухе сопровождается образованием дефектов - вздутий плакирующего слоя, отделяющегося от основы путем хрупкого отрыва по примыкающей к нему части диффузионного слоя. Это объясняется увеличением уровня термических напряжений в присутствии образовавшихся во время выдержки хрупких интерметаллидов в диффузионной зоне. Появление интерметаллидов в переходной зоне приводит к снижению прочности сцепления слоев. Снижение температуры отжига до 500 °C позволяет уменьшить толщину интерметаллидного диффузионного слоя, а также снизить уровень термических напряжений, и тем самым избежать образования вздутий на поверхности пакета. Таким образом, отжиг биметаллической ленты Л90-АМг2-Л90 в протяжной печи после плакирования (сварки) необходимо проводить при температуре в зоне выдержки 500 °C в течение 160-260 с.
Бесплатно
Исследование параметров холодной прокатки ультрамелкозернистого титана
Статья научная
Целью работы является достижение усталостно-прочностных свойств упрочнением сплава ВТ1-0 холодной обработкой давлением. Холодная прокатка является распространённым методом упрочнения материалов и сплавов. Интерес к холодной прокатке в качестве деформационной схемы связан с тем, что прокатка является всесторонне исследованным процессом, который к тому же широко используется на практике. Полученные методом интесивной пластической деформации ультрамелкозернистые заготовки (диаметром 40 мм и более) были подвержены прокатке на стане с многовалковыми калибрами конструкции ЧПИ. В ходе прокатки были изготовлены стандартные цилиндрические образцы для исследования механических свойств на растяжение и проведения испытаний на усталостную прочность. Экспериментальные данные указывают на повышение прочностных характеристик наноструктурного титана в результате холодной прокатки. Проведены пластометрические исследования на пластометре конструции ЧПИ-2 по методике, разработанной на кафедре машин и технологий обработки материалов давлением ЮУрГУ. После пластометрических исследований образцов были проведены испытания по определению сопротивления деформации, временного сопротивления и твердости по Бринеллю. Дробность деформации повышает предел текучести при всех степенях нагружения. Повышение σ0,2 и твердости свидетельствует об измельчении зерна. Исследование пластичности титана ВТ1-0 при дробном нагружении показало, что с увеличением числа ступеней нагружения пластичность титана возрастает. Эксперименты показали отсутствие значительного влияния отпуска на промежуточных ступенях нагружения на временное сопротивление и твердость титана.
Бесплатно
Исследование перспективных составов для отливки медных анодов
Статья научная
Розлив меди в аноды является завершающей стадией огневого рафинирования меди. В настоящее время на медном заводе ПАО «ГМК «Норильский Никель» для предохранения изложниц от быстрого изнашивания и предотвращения приваривания к ней анодов при розливе изложницы поливают раствором термостойкой обмазки на основе диоксида кремния. Слой обмазки, оставшийся на аноде, приводит к увеличению выхода шлама на стадии электролиза, а также к усложнению дальнейшего процесса переработки шлама. В связи с этим целью данной работы являлся подбор обмазки, предотвращающей возможность заражения анодов диоксидом кремния. Таким образом, в работе в качестве огнеупорного наполнителя обмазки использовался материал, не содержащий в своем составе шлакообразующих компонентов, - графит. Поскольку графит плохо смачивается водой, возникает проблема создания суспензии с равномерно распределенным по всему объему графитом. В качестве связующего в данной работе использовались водные растворы поливинилового спирта, лигносульфоната, а также мездрового клея. По результатам исследований отмечается образование газовой пористости и неровностей получаемых анодов при использовании в роли связующего водного раствора лигносульфоната и мездрового клея. Кроме того, по результатам исследований отмечается накопление минеральной составляющей в составе огнеупорного наполнителя при использовании водного раствора лигносульфоната. При использовании в качестве связующего мездрового клея отмечается наличие зловонного запаха, а также повышенный расход данного типа связующего. Таким образом, установлено, что оптимальными свойствами для использования в качестве огнеупорной краски обладает комбинация «поливиниловый спирт - графит». В целях оптимизации технологических параметров использования связующего и огнеупорного наполнителя проведены исследования седиментационной устойчивости, а также кроющей способности рекомендуемой антипригарной краски.
Бесплатно
Статья научная
Представлено исследование напряженно-деформированного состояния и вероятности разрушения заготовки в процессе волочения на основании представления структуры катанки как неоднородной среды. Исследование выполнено на примере неоднородности структуры в виде неметаллических включений в процессе волочения стальной проволоки. Приведены результаты металлографических исследований горячекатаной катанки и анализа типа неметаллических включений на растровом электронном микроскопе. Определена кривая пластичности высокоуглеродистой катанки из стали марки 80 и выполнено конечно-элементное моделирование в программе SIMULIA Abaqus процесса волочения стальной проволоки с различным расположением неметаллических включений по сечению заготовки. Исследование влияния структурной неоднородности на напряженно-деформированное состояние заготовки в процессе волочения с использованием средств конечно-элементного моделирования позволило определить максимальную суммарную деформацию стальной проволоки в зависимости от расположения неметаллических включений. Представлены результаты конечно-элементного моделирования процесса волочения стальной проволоки из стали марки 80 по действующему на промышленном предприятии маршруту.
Бесплатно
Краткое сообщение
Обоснована задача исследования полей остаточных напряжений в особотонкостенных трубах из нержавеющей стали после волочения. Представлены результаты моделирования процесса финишного короткооправочного волочения и волочения раздачей на конической оправке холоднокатаных труб из стали ЭИ847 для оболочек ТВЭЛ атомных реакторов. Проведен сравнительный анализ точности размеров труб, полученных на производстве и при моделировании. Различия в значениях диаметров и толщин стенок труб получены в пределах допусков в соответствии с ТУ 14-159-293-2005, что свидетельствует о правильности математической модели. Получены распределения остаточных напряжений по стенке труб для случая волочения на короткой оправке и случая волочения раздачей. Показана целесообразность применения волочения раздачей на финишной стадии производства труб из коррозионностойких нержавеющих сталей. Рассмотрена одна из технологических особенностей волочения раздачей, заключающаяся в том, что в процессе протягивания оправки через трубу напряжения в очаге деформации в сумме с усилием волочения обеспечивают небольшое пластическое растяжение трубы после схода с оправки. Этот факт гарантирует прямолинейность изготовленной таким методом трубы. Показано, что волочение раздачей на конической оправке в последнем проходе обеспечивает благоприятное распределение остаточных напряжений по стенке трубы и может быть рекомендовано для повышения стойкости коррозионностойких труб, применяемых в атомной энергетике. Определены перспективы технологии, обеспечивающей уход от финишной холодной правки труб, которая, как показано, может приводить к низкому качеству поверхности, а также искажению полей остаточных напряжений в стенке труб.
Бесплатно
