Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 842
Кинетика набухания бентонита Зыряновского месторождения
Краткое сообщение
Исследована кинетика набухания зыряновского бентонита. С использованием данных по удельной электрической проводимости и общей минерализации во времени получены математические зависимости, позволяющие рассчитывать оптимальное время набухания бентонита при получении суспензии с требуемыми параметрами.
Бесплатно
Кинетика превращений аустенита в высокохромистых сплавах железа при непрерывном охлаждении
Статья научная
В работе разработаны модели, описывающие кинетику двух важнейших диффузионных превращений - выделения вторичных карбидов (Cr, Fe)7C3 из аустенита и перлитного распада - в высокохромистых сплавах железа при непрерывном охлаждении. Для анализа были использованы литературные экспериментальные данные для ряда сплавов разного состава. С использованием ранее разработанных моделей был определён химический состав аустенита к моменту окончания выдержки при аустенитизации, а затем на основании общего выражения, следующего из кинетической теории фазовых превращений, найден конкретный вид уравнения, описывающего изотермическое выделение карбидов из переохлаждённого аустенита. Оказалось, что показатель степени времени n в нём составляет 3/2, что соответствует преимущественному выделению очень дисперсных частиц карбидов. Для перехода к условиям непрерывного охлаждения С-образная кривая изотермического выделения карбидов была приближённо заменена квадратичной параболой. Это позволило при помощи интеграла Шейля - Штейнберга найти связь скорости охлаждения с количеством выделившейся карбидной фазы. Последующее сравнение с наблюдавшимся в эксперименте повышением мартенситной точки позволило определить численные параметры модели и их зависимость от состава карбида в конкретном сплаве. Для перлитного превращения была использована ранее разработанная модель, описывающая параметры температурной зависимости коэффициентов уравнения Аврами в рассматриваемых сплавах от состава аустенита; обобщение на случай непрерывного охлаждения проводилось тем же способом. В результате удалось рассчитать термокинетические диаграммы превращений аустенита в высокохромистых сплавах, в целом хорошо соответствующие экспериментальным.
Бесплатно
Статья научная
Мировое потребление оцинкованных продуктов приводит к росту объёма цинксодержащих отходов. Цинксодержащие отходы могут быть переработаны в цинковом производстве в виде вторичного цинксодержащего сырья. При переработке вторичного цинкового сырья традиционными методами образуется вельц-окись. Вельц-окись подлежит предварительной обработке прокаливанием при температуре около 1000 °С с целью удаления хлоридов. Развитие технологий и оборудования открывает новые возможности для нагрева и прокаливания вельц-окиси. Под действием электромагнитного излучения многие диэлектрические материалы нагреваются в соответствии с законом Джоуля - Ленца. Нагрев и прокаливание вельц-окиси под действием электромагнитного излучения является инновационным методом для использования в металлургии. Высокая скорость нагрева, селективная обработка материала и отсутствие продуктов сгорания топлива являются основными преимуществами процесса нагрева и прокаливания электромагнитным излучением. Для проведения исследований по нагреву вельц-окиси под действием электромагнитного излучения разработана опытно-лабораторная микроволновая установка. Опытно-лабораторная микроволновая установка оснащена модулем автоматического управления на базе микроконтроллера Arduino для поддержания установленной температуры и продолжительности прокаливания. На опытно-лабораторной установке изучена кинетика процесса удаления хлоридов из вельц-окиси при нагреве под действием электромагнитного излучения. Подтверждена возможность нагрева и прокаливания вельц-окиси под действием электромагнитного излучения. В работе изучены длительности нагрева вельц-окиси до температур 600, 700, 800, 900 и 1000 °С. Длительность нагрева вельц-окиси до температур 600 и 1000 °С возрастает с 80 до 164 с при массе образца 30 г. Изучено влияние температуры и длительности прокаливания на эффективность удаления хлоридов из вельц-окиси. При температуре 600 °С и длительности выдержки до 150 с эффективность удаления хлоридов составила 30 %, содержание хлора в прокаленном образце 0,70 мас. %. При нагреве до температуры 1000 °С и длительности выдержки до 600 с эффективность удаления хлоридов увеличивается до 96,4 %, остаточное содержание хлора в прокаленной вельц-окиси 0,04 мас. %. Обработка экспериментальных данных в соответствии с уравнением Яндера показывает, что процесс удаления хлоридов реализуется в диффузионном режиме. Кажущаяся энергия активации процесса удаления хлоридов из вельц-окиси при нагреве электромагнитным излучением составила 66,3 кДж/моль.
Бесплатно
Статья научная
Определены критические точки трех опытных инструментальных сталей: 100Х3Г2МТР, 70Х3Г2ВТБ и 70Х3Г2ФТР. Изучена зависимость температуры начала мартенситного превращения от температуры аустенитизации. Построены термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита, исследована микроструктура и микротвердость образцов, охлажденных с разными скоростями.
Бесплатно
Кинетика фазообразования при распаде вюстита
Статья научная
На основании высокотемпературного рентгенофазового анализа вюститсодержащей окалины на железе, подвергнутой изотермическому отпуску при температурах ниже 575 °С, исследована кинетика формирования продуктов распада вюстита: стехиометрического вюстита, первичного и вторичного магнетитов, а также дисперсного железа. Установлено, что стехиометрический вюстит формируется как промежуточная фаза при температурах отпуска ниже 400 °С и диффузионном контроле. Возможно, что стехиометрический вюстит - это результат кинетических затруднений распада исходного нестехиометрического вюстита. В зависимости от температуры отпуска распад вюстита протекает по двум механизмам. При температурах выше 400 °C вюстит распадается с одновременным образованием магнетита и железа. При температурах ниже 400 °C распад происходит в две стадии. На первой образуется первичный магнетит и стехиометрический вюстит. После полного распада исходного нестехиометрического вюстита наступает вторая стадия - распад стехиометрического с образованием вторичного магнетита и железа. При температурах отпуска менее 400 °C образуются два магнетита: первичный и вторичный. Отличия между этими фазами заключаются в том, что первый образуется в результате распада исходного нестехиометрического вюстита, а второй является продуктом распада промежуточного стехиометрического вюстита. Это в свою очередь вызывает существенные отличия в кинетике формирования фаз. В частности, скорость роста кристаллических зародышей вторичного магнетита очень мала, что позволяет предположить отсутствие кристаллических дефектов в стехиометрическом вюстите, либо их очень небольшое количество. Также установлено, что формирование всех продуктов распада включает несколько последовательных стадий. Начальные стадии образования новых фаз протекают при диффузионном контроле, и фактором, определяющим скорость процесса, является температура отпуска. Все заключительные стадии контролируются кинетически, а скорость стадий определяется величиной переохлаждения.
Бесплатно
Кинетические закономерности образования перлита из аустенита, подвергнутого деформации
Статья обзорная
Бесплатно
Классификация сплавов силикокальцийбария и их применение для ковшевой обработки стали
Статья научная
Представлены результаты исследования сплавов силикокальцийбария на предмет определения в них первичных, промежуточных, эвтектических и базовых фаз и их действие на сталь в процессе ее внепечной обработки. Впервые построена полигональная диаграмма состояния системы Si-Ca-Ba, позволяющая производить системную классификацию сплавов силикокальцийбария. Представлен механизм образования первичных неметаллических включений при раскислении стали сплавами бария с образованием силикатов или оксидов кальцийбария и предложен механизм их модифицирования в глобулярные эвтектического состава типа ранкинит. Выполнен сопоставительный анализ эффективности раскисления стали сплавами кремния, кальция, бария.
Бесплатно
Колебательные процессы в камере горения доменных воздухонагревателей
Статья научная
Рассмотрены различные механизмы возбуждения упругих колебаний в камерах горения доменных воздухонагревателей, когда отдельные элементы характеризуются сосредоточенными параметрами. Различия в частотном диапазоне связаны с конструктивными и режимными факторами.
Бесплатно
Комбинированная обработка литейных алюминиевых сплавов в жидком и твердом состоянии
Статья научная
Известно, что упрочнение некоторых литейных алюминиевых сплавов (АК7ч, АМ5, ВАЛ14), как и деформируемых алюминиевых сплавов, достигается термомеханической обработкой (ТМО). Эти сплавы могут деформироваться как в холодном, так и в горячем состоянии со степенями деформации до 40 % без образования трещин [1, 2]. Помимо этого, нами были получены положительные результаты влияния электромагнитной импульсной обработки (ЭМИ) расплавов на некоторые свойства и структуру [3]. Представляло интерес выяснить влияние комбинированной обработки, сочетающей воздействие ЭМИ на расплав и ТМО металла на структуру, свойства и процессы старения этих сплавов.
Бесплатно
Комплексное исследование процесса интенсивной пластической деформации алюминиевого сплава
Статья научная
На сегодняшний день существует множество способов интенсивного пластического деформирования (ИПД) металлов. Часть из них изучена в достаточной мере, другая - только начинает входить в круг интересов исследователей. У каждого из них есть положительные и отрицательные черты. При этом все они без исключения имеют ряд особенностей, в том числе формирование высокодефектной структуры металла. Отслеживание течения металла и образования различных дефектов на стадии подготовки к физическому эксперименту позволяет предупредить возможное появление некоторых из них, что положительно сказывается на качестве полученных образцов. В работе приведены результаты математического моделирования с помощью программного продукта Deform с оценкой формирования дефектов макроструктуры в течение всего процесса получения заготовки. Проведен анализ течения металла с целью определения причин возникновения дефектов. Для подтверждения корректности построенной модели приведены результаты натурного эксперимента, полностью соответствующего моделируемому. Анализ полученных результатов говорит о высокой сходимости результатов математического моделирования и физического эксперимента, что подтверждает возможность использования программных продуктов в качестве инструмента научных исследований.
Бесплатно
Комплексное исследование процесса калибрования концов труб с применением QFORM
Статья научная
В настоящее время с каждым годом происходит значительный рост требований к точности геометрических параметров труб. Одним из важных показателей является овальность концов труб, для обеспечения которой в ТПЦ-3 АО «ВТЗ» имеется оборудование для калибрования. Одними из самых сложных по исполнению являются спецификации на магистральные трубы из углеродистой стали. В указанных спецификациях прописаны самые важные требования к внутреннему диаметру, овальности концов труб, локальной овальности, толщине стенки. Данные трубы с ужесточением к внутреннему овалу достаточно востребованы на Ближнем Востоке и Северной Африке, однако из-за невозможности выполнить предъявляемые требования заказчика приходилось отказываться от большого количества заказов. Поэтому в данной статье рассмотрены условия работы калибрования концов труб с помощью наружного и внутреннего формоизменения. Выделены основные проблемы, при которых не удавалось достичь требуемых параметров (повышенной овальности на концах труб). С помощью программного продукта QForm 2D/3D проведено компьютерное моделирование с варьированием процесса калибрования с различными калибровками инструмента. Из полученных результатов моделирования выделены параметры, по величине которых можно судить о склонности инструмента к разрушению и налипанию на металл: усилия, действующие на рабочую поверхность колец в процессе калибрования; площадь пятна контакта (износ инструментов). На основе результатов разработана новая калибровка колец как для наружного, так и для внутреннего калибрования. Были проведены практические испытания колец с различной калибровкой, а именно различными углами входного/выходного конусов.
Бесплатно
Комплексный подход к оценке прочности сварных тавровых соединений
Статья научная
Рассмотрены расчетные методики оценки несущей способности сварных соединений с угловыми швами в условиях вязкого и квазихрупкого разрушений.
Бесплатно
Статья научная
Сталь с перлитной структурой является классическим примером наноструктурированного материала. Холоднотянутая высокоуглеродистая сталь с перлитной микроструктурой является сырьем для современных армирующих канатов. Главными свойствообразующими процессами в ходе волочения такой стали являются изменения межпластиночного расстояния и металлографической структуры, а также переориентация зёрен. Однако экспериментальное исследование динамики данных процессов является затруднительным и трудоемким. Исследован процесс девятикратного волочения стальной проволоки с перлитной структурой. На основе мультимасштабных компьютерных моделей было изучено поведение перлитных колоний на поверхности и центральном слое проволоки. В качестве программного решения был использован коммерческий комплекс Abaqus. Ключевыми факторами были ориентации цементитных пластин относительно оси волочения, межпластиночное расстояние и форма цементитных включений. На основе конечно-элементных моделей установлены закономерности переориентации перлитных колоний, изменения формы и размеров цементитных пластин и локализации деформации в феррите. Установлено, что цементитные пластины, которые были параллельными оси волочения, испытывают максимальное утонение и изменение межпластиночного расстояния. Пластины цементита, которые были перпендикулярны оси волочения, наиболее подвержены разрушению. Однако установлено, что при определенных значениях межпластиночного расстояния этот эффект может снижаться. В случае расположения перлитной колонии под углом к оси волочения наблюдалась их интенсивная переориентация относительно оси волочения. При этом наблюдались значительный изгиб цементитных пластин и их подверженность фрагментации. На основании моделирования установлены функциональные зависимости межпластиночного расстояния и утонения пластин цементита от степени деформации. Произведено сравнение расчетного значения механических свойств проволоки с реальным экспериментом. Результаты моделей были верифицированы посредством металлографических исследований.
Бесплатно
Компьютерное моделирование процесса прошивки в стане винтовой прокатки с бочковидными валками
Статья научная
Представлены результаты компьютерного моделирования процесса винтовой прошивки заготовки на стане с бочковидными валками и неподвижными направляющими линейками. Компьютерное моделирование производилось в программе QForm 3D, основанной на методе конечных элементов. Моделирование процесса винтовой прокатки позволило объяснить характер изменения напряженно-деформированного состояния центральной зоны металла при прокатке на двухвалковом прошивном стане за один полный оборот заготовки и объяснить разрушения в центральной зоне заготовки, являющейся основной причиной появления внутренних плен на гильзах и трубах. Разрушение центральной зоны заготовки происходит из-за действия осевых растягивающих напряжений. В результате компьютерного моделирования определено влияние оправки на характер напряженно-деформированного состояния центральной зоны заготовки. Наличие оправки резко снижает уровень растягивающих напряжений в центральной зоне заготовки по причине подпирающих сил, что в практике трубного производства приводит к увеличению прошиваемости заготовки и уменьшает или «заваривает» вскрытие осевой зоны металла. В данной работе также определено влияние коэффициента овализации и угла подачи на уровень осевых растягивающих напряжений в центральной зоне заготовки. Увеличение угла подачи увеличивает как растягивающие напряжения в заготовке, так и сжимающие перед торцем оправки. Поэтому необходимо процесс прошивки вести при условии, чтобы заготовка делала меньше одного оборота до встречи с торцом оправки, но не меньше 3/4 оборота, иначе возникнут проблемы с вторичным захватом. С увеличением коэффициента овализации увеличиваются растягивающие напряжения в центральной зоне заготовки. Полученные результаты моделирования соответствуют основным положениям теории обработки металлов давлением. Высокая достоверность результатов компьютерного моделирования позволяет осуществлять проверку разработанных калибровок прокатного инструмента и скоростных режимов без проведения дорогостоящих опытных прокаток.
Бесплатно
Статья научная
Разработан программный продукт, позволяющий моделировать процессы тепломассообмена при взаимодействии металлизованных окатышей и жидкой лигатуры заданного химического состава при формировании расходуемых электродов для электрошлакового переплава.
Бесплатно
Статья научная
При холодном прямом прессовании легкоплавких материалов разогрев металла и оснастки, вызванный деформационными процессами и контактным трением, является причиной снижения качества готовой продукции и потерей стабильности процесса. АО «Челябинский цинковый завод» совместно с кафедрой «Процессы и машины обработки металлов давлением» ЮУрГУ с 2019 года активно и успешно занимается разработкой и освоением технологии производства проволочного и пруткового припоя из сплава ПОИн-52. В настоящей работе, используя специализированный инженерный пакет QForm, провели компьютерное моделирование температурных режимов процесса прессования проволочного припоя из сплава ПОИн-52 диаметром 2,0 мм со скоростью прессования 0,5; 1,0 и 3,0 мм/с из заготовки диаметром 20 мм. По результатам компьютерного моделирования установлено, что скорость истечения металла из волоки, которая в свою очередь определяется скоростью прессования и коэффициентом вытяжки, оказывает существенное влияние на температурные условия процесса прессования. При изменении скорости прессования с 0,5 до 3 мм/с в процессе прессования проволоки Ø2,0 мм из заготовки Ø20 мм температура металла возрастает с 33,4 до 75,8 °С. Причем стоит отметить, что последовательное прессование четырех заготовок приводит к повышению температуры проволоки с 75,8 до 87 °С. Связано это с тем, что в процессе непрерывного прессования оснастка, а именно волока, разогревается и уже после четвертого цикла прессования ее средняя температура составляет около 45 °С. Средняя температура контейнера повышается при этом на 4 °С. После четвертого цикла дальнейшее повышение температуры как прессуемого металла, так и проволоки на исследуемом диаметре припоя прекращается и процесс стабилизируется.
Бесплатно
Конструкция теплового узла ростовой установки
Статья научная
Приведены результаты работ по проектированию и изготовлению теплового узла для резистивной ростовой установки для выращивания на воздухе при температуре до 1300 °С методом Степанова. При конструировании представленного элемента ростового оборудования были учтены все требования, предъявляемые к высокотемпературному оборудованию. Конструкция теплового узла показала свою работоспособность, а именно: обеспечение равномерности температурного поля, возможность с высокой точностью задавать температурный градиент, долговременная работа ростовой системы.
Бесплатно
Корундовые формы на алюмоборфосфатном концентрате в точном литье
Статья научная
Разработана технология изготовления керамических корундовых форм на алюмоборфосфатном концентрате. Эта технология является альтернативой этилсиликату и силикатным системам формообразования. Она позволяет улучшить комплекс физико-механических свойств керамических форм в литье по выплавляемым моделям. В результате улучшается качество точных отливок из сплавов химически активных металлов.
Бесплатно
