Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 842
Статья обзорная
Бесплатно
Исследование превращений в магнезитовой футеровке печи при выплавке углеродистого феррохрома
Статья обзорная
Бесплатно
Исследование причин разрушения жаропрочных литых поддонов
Статья научная
Поддоны используются в качестве основания для складирования и перемещения изделий из печи в закалочную ванну, а также загрузки изделий в печь. При изготовлении поддонов особое внимание уделяется выбору марки стали, предпочтение отдается жаропрочным маркам стали. Изготавливают поддоны из жаропрочных сталей методами литья. Нарушение технологии изготовления поддона приводит к снижению длительности его эксплуатации. На рассматриваемом предприятии через четыре месяца эксплуатации поддоны вышли из строя. Произошло их коробление, образование продольных и поперечных трещин, разрушение отдельных элементов. В работе проведен анализ причин разрушения жаропрочных поддонов из стали 20Х25Н19С2Л. Показано, что несмотря на использование материала поддона, соответствующего условиям эксплуатации разрушение происходит по нескольким причинам. Во-первых, из-за отсутствия термообработки литых крупногобаратных поддонов на предприятии изготовителе. В структуре присутствует сетка карбидов, охрупчивающая металл. Во-вторых, возникающие при закалке термические напряжения неравномерно распределяются в конструкции поддона. На основании замера температуры различных участков конструкции поддона были определены области возникновения растягивающих и сжимающих напряжений. В-третьих, из-за неполного сжигания топлива в печи образуется науглероживающая атмосфера.
Бесплатно
Исследование причин снижения ударной вязкости соединительных деталей трубопроводов из стали 10Г2ФБЮ
Статья научная
Механические испытания изделий - один из важнейших этапов производства потому, что они позволяют наиболее объективно определить соответствуют ли изделия, изготовленные по определенному технологическому процессу, необходимым требованиям. Ударная вязкость является наиболее важным параметром при оценке механических характеристик изделий из трубной стали, особенно важны значения ударной вязкости при отрицательных температурах. Хрупкое разрушение очень опасно, так как протекает с высокой скоростью и при нагрузке намного меньшей, чем при вязком разрушении. Данная характеристика зависит от многих факторов, среди которых: количество, размер и характер распределения неметаллических включений, размер зерна, наличие упрочняющих частиц, равномерность их распределения и многое другое. Ударная вязкость строго контролируется при испытаниях соединительных деталей трубопроводов, эксплуатирующихся при повышенных давлениях и отрицательных температурах; их переход к хрупкому разрушению может спровоцировать нарушение работы всего трубопровода. Задача определения причин локального снижения ударной вязкости остается актуальной из-за множества воздействующих на нее отдельных факторов или даже комплекса факторов. В связи с тем, что вероятность попадания дефекта, способствующего хрупкому разрушению из-за относительно малой площади сечения ударных образцов, оказывается невысокой, необходимо испытывать несколько образцов из одной области изделия для усреднения результатов. Целью данной работы явилось определение причин пониженной вязкости при испытании соединительных деталей трубопроводов, изготовленных из стали 10Г2ФБЮ, путем сравнения изломов и структур образцов с пониженным и требуемым уровнями ударной вязкости.
Бесплатно
Исследование процесса воздействия электромагнитного поля СВЧ на нагрев цинксодержащих продуктов
Статья научная
Цинк является одним из востребованных материалов в мире. По объемам использования цинк занимает третье место после алюминия и меди среди цветных металлов. Нехватка рудных запасов, увеличение объема производства и потребления цинка ведут к увеличению доли перерабатываемого вторичного цинксодержащего сырья. Вельц-окись от переработки вторичного цинксодержащего сырья является перспективным источником металлического цинка. Вовлечение в переработку вельц-окиси требует ее предварительной обработки для удаления хлоридов и фторидов. Для удаления галогенов применяются технологии отмывки вельц-окиси в водных и в водно-щелочных растворах. Альтернативным способом удаления галогенов является технология пирометаллургической прокалки вельц-окиси. Микроволновый нагрев является перспективным методом для термической обработки вельц-окиси. Микроволновый нагрев имеет ряд преимуществ, среди которых передача электромагнитной энергии, а не тепла, высокая скорость нагрева, селективный нагрев материалов, объемный нагрев материалов. Выполнен термодинамический анализ химических и фазовых превращений компонентов вельц-окиси при нагреве. Установлены температуры, при которых достигается требуемое содержание хлоридов и фторидов из цинксодержащих продуктов. Экспериментально подтверждена возможность нагрева цинксодержащих веществ при воздействии на них электромагнитного поля сверхвысокой частоты. В лабораторных условиях изучена зависимость увеличения температуры цинксодержащего продукта от длительности обработки микроволновым излучением. Продолжительность нагрева продуктов до температуры 1000 °С составила 128-188 с. Рассчитаны тепловой и материальный балансы нагрева образцов в лабораторных условиях. Показано, что коэффициент полезного действия преобразования мощности, подаваемой на лабораторную установку, в тепловую энергию нагрева цинксодержащего материала составил 60-64 %. Достигнуто остаточное содержание хлорид-ионов в продуктах прокалки менее 0,05 мас. %.
Бесплатно
Исследование процесса изготовления литой плиты методом планируемого эксперимента
Статья научная
Рассмотрен процесс построения регрессионной модели для нового технологического процесса изготовления литых плит из стали Гадфильда для Челябинского электрометаллургического комбината.
Бесплатно
Статья научная
Разработана и опробована новая технология обкатки (риллингования) на трехвалковом обкатном стане винтовой прокатки ТПА «140» по схеме «размер в размер».
Бесплатно
Исследование процесса прокатки высокой полосы с малыми обжатиями
Статья научная
Проведено теоретическое исследование процесса обжатия высокой полосы и разработана математическая модель. Модель определения усилия получена с помощью метода линий скольжения и экспериментальных данных. Сравнение расчетных и экспериментальных результатов показывает высокую точность разработанной математической модели усилия прокатки.
Бесплатно
Исследование процессов раскисления
Статья научная
Проведены эксперименты по раскислению жидких сплавов Fe-Ni и Fe-Ni-Cr марганцем, ванадием, кремнием, титаном, алюминием. По мере увеличения содержания никеля в железе раскисляющее влияние хрома проявляется сильнее, это особенно становится заметным, начиная с 40 % никеля. Раскислительная способность исследованных раскислителей в сплаве Fe - 10 % Ni - 20 % Cr оказалась выше, чем в Fe -40 % Ni - 15 % Cr. Обсуждаются также вопросы раскисления расплавов углеродом в вакууме и в нейтральной атмосфере. Экспериментально показано, что отсутствие CO в атмосфере не приводит к существенному возрастанию раскислительной способности углерода. Сделан вывод о том, что химический вакуум (при нулевом парциальном давлении CO) не равнозначен физическому вакууму (при нулевом общем давлении). Над расплавом металла существует непромешиваемый газовый слой, содержание СО в котором может определять равновесную концентрацию кислорода при данном содержании углерода. Поэтому плавка металла в атмосфере аргона при давлении 10 5-10 4 Па не может быть рекомендована для существенного снижения концентрации кислорода вследствие повышения раскислительной способности углерода и может рассматриваться только как плавка в защитной атмосфере, предохраняющей расплав от окисления.
Бесплатно
Исследование распределения хрома в диффузионном слое при хромировании стали 35Х2Н3
Статья научная
Анализ научной литературы показал, что диффузионное насыщение двух и более элементов поверхности сплавов остается малоизученным из-за сложности пробоподготовки и последующего анализа образцов, и остается актуальной задачей современной науки. Применение новой методики определения концентрации химического элемента при химико-термической обработке сплавов существенно облегчит теоретическое изучение процессов диффузии в сплавах и практическое применение диффузионного насыщения. В статье описана новая методика определения концентрации хрома при диффузионном хромировании стали. Показаны возможности новой методики на примере диффузионного насыщения хромом стали 35Х2Н3. Принцип методики заключается в следующем: полученные образцы после хромирования стали разрезаются поперек продольной оси; из них изготавливаются шлифы; проводится исследование диффузионного слоя с торца образца на растровом электронном микроскопе. Методика анализа, предлагаемая в данной работе, основана на возможностях растровой электронной микроскопии (РЭМ), а именно рентгеноспектрального микроанализа (РСМ) диффузионных слоев поперек сечения (локальное определение химического состава вещества). Контроль элементного состава диффузионного слоя проводили на универсальном сканирующем (растровом) электронном микроскопе JEOL JSM-6460 LV. В ходе работы исследовано распределение хрома в поверхностном слое стали 35Х2Н3. Получен плотный, без пор, поверхностный рабочий слой с содержанием хрома от 100 до 2 %, толщиной до 62 мкм. Определен коэффициент диффузии хрома в α-фазе, который составил DCr = 6,3•10-14 м2/с, и в γ-фазе - DCr = 3,7•10-15 м2/с. Определена микротвердость хромированного слоя, которая составила в среднем 1369 HV300.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено влияние химического состава сплавов на основе алюминия и параметров непрерывного литья и прокатки, а также непрерывного литья и прокатки-прессования, на свойства электротехнической катанки. Приведено описание установки для кручения и методика определения реологических характеристик для сплавов алюминия с редкоземельными и переходными металлами в широком диапазоне изменения температурно-скоростных и деформационных параметров обработки. Приведены кривые изменения сопротивления деформации исследуемых сплавов в интервале температур 20-550 °C и скорости деформации 0,5-10 с -1.
Бесплатно
Исследование сопротивления пластической деформации стали марки 32ХГА
Статья научная
Несмотря на важность для проектирования и расчётов процессов обработки металлов давлением такого фактора, как величина сопротивления металла пластической деформации, на сегодняшний день существует множество методик, результаты расчёта по которым могут значительно отличаться друг от друга. Также далеко не для всех марок сталей определены и опубликованы значения эмперических коэффициентов, используемых для расчёта. При этом методики расчёта и опубликованные значения численных коэффициентов различны для процессов холодной и горячей деформации. А диапазон температур примерно от 300 до 600 °С остаётся наименее исследованным. Данная статья посвящена исследованию сопротивления пластической деформации стали 32ХГА с учетом его функциональных свойств и продолжает серию статей по результатам проведённых авторами исследований. Выбор данной марки стали обусловлен тем, что она широко применяется при производстве бесшовных труб для нефтегазовой отрасли. Данное исследование было проведено по единой методике для диапазона температур от комнатной до близких к температуре плавления, что позволяет использовать полученные результаты при расчёте всех возможных технологических операций производства труб, включая правку труб в термических отделах трубопрокатных цехов, и формовку прямошовных сварных труб. Для определения численных значений коэффициентов, характеризующих рассматриваемую марку стали, была проведена серия испытаний на комплексе Gleeble 3800. По полученым кривым сопротивления деформации для диапазона температур от 300 до 1200 °С были определены значения коэффициента, характеризующего разупрочнение металла. По результатам испытаний была получена рекуррентная зависимость, позволяющая рассчитывать величину сопротивления деформации с учётом разупрочнения в широком диапазоне температур.
Бесплатно
Статья научная
Покрытия цинк-никелевыми сплавами имеют большие преимущества перед многими монометаллическими покрытиями. Однако их применение на практике ограничено из-за сложного механизма протекания процессов и недостаточной их изученности. В настоящей работе исследовано влияние параметров электролиза на состав и структуру цинк-никелевых покрытий при электроосаждении их на железный подслой медной подложки из слабокислого хлоридного электролита. Химический состав электролитов контролировался методами бихроматометрического и комплексонометрического титрования. Исследование фазового состава проводили с помощью рентгеновского дифрактометра Rigaku Ultima IV. Валовый состав определяли с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-6460LV с компьютерным контролем. Установлено, что увеличение плотности тока повышает скорость осаждения сплава. Показано, что повышение температуры приводит к возрастанию доли никеля в сплаве, увеличению скорости осаждения никеля. На скорость осаждения цинка повышение температуры не влияет. При этом во всем изученном интервале температур и плотностей тока соосаждение сплава является аномальным. С ростом температуры изменяется микрорельеф поверхности - размер зерна становится меньше, а поверхность - более сглаженной. Рентгенофазовый анализ покрытий показал, что покрытия являются гомогенными твердыми растворами на основе никеля. Структура покрытий более всего соответствуют гранецентрированной кубической решетке.
Бесплатно
Исследование способа повышения точности горячекатаных труб при раздаче
Статья научная
В настоящее время основными характеристиками стальных труб являются их механические свойства, чистота поверхности и точность размеров. Точность является одной из характеристик, определяющих срок службы в таких отраслях как машиностроение, нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленность, атомная энергетика и др. В отечественных и зарубежных стандартах на горячекатаные трубы не применяются безразмерные показатели точности, учитывающие статистическое распределение размеров. Это обстоятельство осложняет анализ точности размеров продукции, а также оценку возможности ее повышения. По этой причине авторами предложен показатель точности, учитывающий статистическое распределение размеров труб до и после деформации, благодаря чему может быть оценено влияние тех или иных технологических факторов, а также произведен расчет показателя точности для насосно-компрессорных труб. Эффективным способом повысить точность внутреннего диаметра и качество внутренней поверхности горячекатаных труб является операция калибрования способом раздачи трубы на оправке. С целью оценки эффективности калибрования было выполнено компьютерное моделирование в пакете конечно-элементного моделирования Deform-3D. В качестве объекта моделирования были выбраны насосно-компрессорные трубы с различным диаметром внутреннего канала в пределах ГОСТ. Компьютерное моделирование показало особенности формоизменения труб при раздаче на оправке. В результате проведения эксперимента был получен график изменения показателя точности до и после раздачи и были сформулированы на их основе рекомендации. С помощью конечно-элементного моделирования показано, что в оптимальных условиях технологического процесса точность внутреннего канала трубы можно повысить более чем в три раза.
Бесплатно
Исследование структуры и механических свойств алюминотермитных сварных соединений рельсов
Статья научная
Сварные соединения рельсов являются неотъемлемой частью при создании бесстыкового пути. Однако зачастую они не обладают достаточной надежностью в процессе эксплуатации. В работе приведены результаты исследования твердости и структуры сварных соединений рельсов, полученных алюминотермитным способом сварки. Установлено, что на поверхности катания рельса в зоне сварного шва наблюдается пониженное значение твердости по сравнению с твердостью металла рельса, что может привести к образованию мягких участков с пониженным сопротивлением износу и смятию в зонах сварного шва, особенно в кривых пути. На границе сплавления рельса и сварного металла происходит увеличение твёрдости до 36-38 HRC, это связано с перегревом металла рельса в процессе сварки, что подтверждается результатами микроструктурного анализа. Показано наличие разницы в зернистости зоны термического влияния и зоны сварного шва: сварной шов имеет литую дендритную структуру, а зона термического влияния - крупнозернистую структуру. Структурная неоднородность металла сварного соединения увеличивает вероятность хрупких разрушений сварных стыков.
Бесплатно
Исследование структуры и свойств твердосплавных вставок породорежущих резцов
Статья научная
Рассмотрены структура и свойства вставок резцов из сплава ВК8 различных производителей. Изучен химический состав карбидных частиц и связки между ними. Проведена оценка размеров карбидных частиц в твердосплавных вставках на соответствие ГОСТ и осуществлена статистическая обработка характера изломов вставок. Приведены результаты сравнительных промышленных испытаний резцов на руднике ОАО «Уралкалий» по пластам калийных руд и каменной соли. Установлено, что стойкость породоразрушающего инструмента в значительной мере определяется массовой долей карбидной фазы и количеством зерен наиболее крупной фракции. Наличие значительного количества крупных зерен на верхнем пределе (согласно ГОСТ 4411-79) или несколько большем способствует снижению стойкости инструмента.
Бесплатно
Статья научная
Существует несколько основных технологий изготовления тройников. Данные технологии различаются по способу выполнения формоизменяющих операций и применяемому оборудованию. Выбор параметров для каждой технологической операции напрямую определяет качество готовой продукции. При этом расчёт технологических параметров инженерными методиками представляется затруднительным. Поэтому целесообразным является применение современных программ для моделирования технологических операций. В работе рассматривается моделирование технологических операций обработки металлов давлением, выполняемых при производстве тройников, в программных комплексах DEFORM-3D и MSC Marc Mentat. Заготовка и инструмент для моделирования технологических операций были созданы в программе SolidWorks. В программных комплексах DEFORM-3D и MSC Marc Mentat были последовательно промоделированы операции частичного охлаждения нагретой заготовки, набора металла в зону отбортовки и операция отбортовки. По результатам моделирования были определены технологические параметры, по которым в дальнейшем была произведена опытная штамповка деталей «тройник». По результатам работы было выполнено сравнение результатов, полученных в программных комплексах и при опытной штамповке. Результаты моделирования в двух программных комплексах DEFORM-3D и Marc Mentat имеют сходимость 99,9 %. Замер параметров готовых изделий показал, что результаты расчета оказались очень близки к результатам опытной штамповки. Сходимость результатов моделирования и опытной штамповки составила 96,5 %. Определены основные факторы, влияющие на сходимость результатов моделирования и опытной штамповки. Полученные тройники признаны годными, полностью удовлетворяющими требованиям технических условий. Таким образом, показано, что применение программных комплексов DEFORM-3D и Marc Mentat на предприятиях, производящих штампосварные детали трубопровода, целесообразно.
Бесплатно
Исследование теплостойкости штамповой стали, наплавленной порошковой проволокой Н13М5Х4ФСТЮР
Статья научная
Приведены результаты исследования теплостойких свойств металла наплавленного порошковой проволокой Н13М5Х4СФТЮР, в состав которой введены карбид бора, диборид титана и диборид циркония в количестве 2,5 %. Для сравнения определялась теплостойкость наплавленного металла, полученного серийно выпускающимися материалами компании Castolin-Eutectic: электродами Castolin 6 и проволокой CastoMag 45355; а также штамповой стали 50ХНМ. Показано, что наплавленный металл порошковой проволокой Н13М5Х4ФСТЮР с боридами по теплостойкости при температурах до 650 °С находится на уровне металла, наплавленного электродами Castolin 6, а при более высоких температурах значительно превосходит исследуемые материалы в данной работе. Установлено, что упрочение наплавленного металла полученного порошковой проволокой 0Н13М5Х4ФСТЮР, в отличие от обычных мартенситно-стареющих сталей, происходит за счет выделения мелкодисперсных интерметаллидных фаз Лавеса (Fe, V, Si)2(Mo, Ti) и высокопрочных труднорастворимых карбоборидных фаз (Ti, Mo, Fe, V)23(С,В)6 круглой и (Сr, Fe, Mo, Ti)7(С,В)3 пластинчатой форм. Кроме этого введение боридов в данный металл приводит к образованию карбоборидной эвтектики (Fe, Ti, Mo)3(С,В), имеющей скелетообразный характер и зернограничное расположение. Такое структурное состояние повышает температуру рекристаллизации и замедляет диффузионные процессы при высоких температурах, поэтому отпуск данного наплавленного металла до температуры 750 °С не оказывает значительного влияния на изменение структуры. Данная порошковая проволока 0Н13М5Х4ФСТЮР с боридами рекомендуется в качестве наплавочного материала, для восстановления и повышения износостойкости штамповой оснастки и узлов металлургического оборудования.
Бесплатно
Статья научная
При волочении круглой заготовки в четырехвалковой волоке со смещенными по оси волочения парами роликов экспериментально установлена и проанализирована нестабильность пластического течения разных материалов в очаге деформации, определенная по контуру поперечного сечения. На поверхностях, контактных с деформирующими роликами, пластическое течение имеет волновой характер. Пластическая деформация в двух парах роликов незначительно влияет на микроструктуру меди М1 и латуни Л63, а в случае деформации титана ВТ1-0 структура анизотропна. Распределение микротвердости существенно неоднородно как на исходных, так и на деформированных полосах.
Бесплатно
