Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 899
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
Статья научная
Работа посвящена исследованию формообразующих операций, применяемых в производстве труб большого диаметра (ТБД) с использованием трехвалковой листогибочной машины (вальцев). В программном комплексе Marc.Mentat разработаны конечно-элементные модели процессов вальцевой формовки, догибки кромок, сборки, сварки и экспандирования трубы. Объектом исследования является труба диаметром 1420 мм с толщиной стенки 21,6 мм и длиной 12 м из стали группы прочности X70. В модели трубы использовались тонкостенные (Shell) элементы, что позволяло относительно быстро осуществлять процесс моделирования без существенной потери точности расчетов. Проведено комплексное конечно-элементное моделирование формообразующих операций передела лист-труба с учетом деформации верхнего валка листогибочной машины и сварочных деформаций. Установлено, что при каждой технологической операции в трубе возникает неоднородное напряженно-деформированное состояние (НДС), которое оказывает влияние на конечную геометрию труб. Показано, что наибольшую неоднородность НДС в трубу вносят вальцевая формовка и догибка кромок. Разработанная комплексная конечно-элементная модель может быть использована исследователями и технологами для расчета настроек технологического оборудования и энергосиловых параметров формообразующих операций.
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
Контроль качества нагрева стали в печах по температуре поверхности заготовок в томильной зоне
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству нагрева металла перед прокаткой задача совершенствования алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) нагревательных печей является вполне актуальной. Цель исследования. Рассматривается решение проблемы контроля перепада температуры по сечению заготовок по скорости изменения температуры их поверхности в томильных зонах методических печей. Показано, что использование такого подхода позволяет в принципе исключить влияние поверхностного слоя окалины на точность оценки контролируемого параметра. Материалы и методы. Выполнен анализ литературных источников и проведено обобщение известных результатов по проблеме дифференцирования промышленных сигналов. Выделены апробированные варианты решения этой задачи: 1) с предварительной аппроксимацией измеренных данных некоторой функцией; 2) прямое многоточечное цифровое дифференцирование. Результаты. Установлены условия применимости как первого, так и второго вариантов для решения задачи контроля перепада температуры в томильных зонах методических печей. Конкретно при этом использовали четырехточечный цифровой дифференциатор температуры поверхности сляба. Для большей точности оценки перепада температуры предусматривали включение в схему цифровой обработки экспериментальных данных еще и алгоритма предварительной фильтрации. Алгоритм фильтрации найден из решения задачи оптимизации, отмечено, что данный алгоритм по структуре аналогичен алгоритмам фильтрации, построенным согласно известным подходам Р. Калмана. Приводятся результаты вычислительных экспериментов. Показано, что предварительная фильтрация существенно повышает точность оценки параметра методом цифрового дифференцирования. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при совершенствовании алгоритмического обеспечения АСУ ТП методических печей.
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
