Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 880
Статья научная
Исследованы процессы компактирования и механического сплавления порошков Cu 1-x-Ag x (х=0,1; 0,2;...; 0,9) и Cu 1-x-C x (х = 0,05; 0,10; 0,15; 0,50) при обработке мегапластической деформацией под давлением. Установлено образование сильно неравновесных нанокристаллических твердых растворов системы Cu-Ag, испытывающих частичный распад при комнатной температуре и нагреве. Установлена зависимость параметра решетки от концентрации с положительным отклонением от закона Вегарда. Твердость сплавов в 7,0-7,5 раз превышает твердость деформированных компонент. Для системы Сu 1-х-С х (графит, х = 0,05; 0,10; 0,20; 0,50) механосинтезом из порошков меди и графита получены неравновесные композиты, распадающиеся при вылеживании и нагревах на участки, обогащенные медью или аморфным углеродом в виде сажи.
Бесплатно
Микромеханическая модель представительного объема порошковых материалов
Статья научная
В статье представлены результаты компьютерного моделирования поведения представительного объема порошкового материала на начальных стадиях уплотнения при одноосном сжатии и результаты натурных экспериментов по прессованию порошковых материалов. Модель представительного объема - это 640 сферических частиц двух разных диаметров (2 мм - 427 шт.; 1,4 мм - 213 шт.), разбитых на конечные элементы и вброшенных под действием силы тяжести в кубический объем с жесткими стенками. Подвижная верхняя стенка оказывает давление на начальную укладку частиц. Компьютерное моделирование выполнялось с применением параллельного пакета LS-DYNA. Натурные эксперименты проведены на башенном копре Instron CEAST 9350 в пресс-форме одностороннего прессования диаметром 10 мм. Для экспериментальных исследований использовался порошок на основе искусственного графита ГИИ-А ТУ 1916-109-071-2009, частицы менее 315 мкм, с добавлением фенолформальдегидной смолы марки СФП-011А, а также порошок медный электролитический марки ПМС-1 ГОСТ 4960-2009 размером частиц менее 80 мкм. Скорость нагружения в компьютерном моделировании и натурном эксперименте принята - 2 м/с. Компьютерная модель представительного объема показала высокую повторяемость результатов при случайных изменениях в начальной укладке частиц, что позволяет в дальнейшем использовать одну случайную укладку для моделирования различных условий нагружения. Влияние внешнего и внутреннего трения при уплотнении порошкового материала имеет качественное совпадение с известными из литературы данными. Построенная модель позволяет получать однородное деформированное состояние представительного объема путем исключения внешнего трения. При сравнении результатов моделирования с экспериментом получено качественное совпадение, а количественные расхождения хорошо объясняются принятыми при моделировании допущениями и упрощениями, а также отличием в начальных условиях. Построенная модель представительного объема может быть использована при исследовании механического поведения порошковых материалов на начальных стадиях уплотнения.
Бесплатно
Моделирование горячей деформации стали 08Х18Н10Т (AISI 321) одноосным сжатием
Статья научная
Изучено деформационное поведение стали 08Х18Н10Т в интервале температур 1000-1280 °C и скоростей деформации в диапазоне 0,01-1 с-1, характерных для операций прошивки литых заготовок в производстве бесшовных труб. Горячая деформация осуществлялась одноосным сжатием цилиндрических образцов на симуляторе термомеханических процессов Gleeble 3800. Показано, что напряжения течения падают с повышением температуры и уменьшением скорости деформации в соответствии с изменением параметра Зинера - Холломона (Z) температурно-скоростного режима деформации. Вид кривых напряжение - деформация указывает на то, что при низких значениях параметра Z горячая деформация стали 08Х18Н10Т сопровождается динамической рекристаллизацией, а при его высоких значениях - динамическим возвратом. Вывод о смене основного механизма динамического разупрочнения с изменением параметра Z подтвержден микроструктурными исследованиями. Из анализа пиковых и установившихся напряжений течения определена величина эффективной энергии активации горячей деформации, требуемая для расчета параметра Зинера - Холломона. Установлено, что переход от полностью динамически рекристаллизованной структуры к структуре, содержащей в основном вытянутые нерекристаллизованные зерна, происходит в узком интервале значений Z. Определено критическое значение параметра Зинера - Холломона, выше которого в исследуемой стали происходит резкое подавление динамической рекристаллизации. Получен набор выражений, позволяющих по заданному температурно-скоростному режиму горячей деформации рассчитать пиковые напряжения течения; критические деформации, требуемые для начала и полного завершения динамической рекристаллизации, а также размер формирующихся рекристаллизованных зерен. Полученные выражения могут быть положены в основу компьютерного моделирования процессов горячей деформации исследуемой стали.
Бесплатно
Моделирование и идентификация процесса охлаждения и затвердевания непрерывнолитых слябовых заготовок
Статья научная
Введение. Рассматривается задача параметрической идентификации математической модели процесса охлаждения и затвердевания непрерывнолитых слябов в зоне вторичного охлаждения (ЗВО) машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Актуальность работы обуславливается прежде всего тем, что качество получаемого таким образом изделия в существенной мере зависит от режима работы ЗВО. Технологический процесс достаточно сложный, не полностью изученный и, как следствие, пока еще плохо управляемый. Цель исследования: разработать процедуру параметрической идентификации модели процесса охлаждения и затвердевания металла по данным доступных для непосредственного измерения величин.
Бесплатно
Статья научная
Для моделирования процесса комбинированной высадки концов труб с использованием метода линий скольжения решена задача по определению нормального контактного напряжения и формоизменения при осадке высокой полосы с двухсторонним течением металла. Показано, что длина переходной зоны высадки определяется толщиной стенки трубы, диаметром матрицы и коэффициентом трения на контакте торца трубы с фланцем пуансона.
Бесплатно
Моделирование напряженного состояния в мгновенном очаге деформации при прокатке труб на станах ХПТ
Статья научная
В статье представлена постановка задачи на расчет калибровки технологического инструмента для прокатки труб из труднодеформируемых сталей и сплавов на станах ХПТ. Получены аналитические зависимости для определения энергосиловых параметров в мгновенном очаге деформации, позволяющие рассчитывать технологические режимы и проектировать профилировку рабочего инструмента при изготовлении холоднокатаных труб из труднодеформируемых сталей и сплавов.
Бесплатно
Моделирование операций обработки давлением при производстве тройников штампосварных
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. Рассматривается моделирование технологических операций обработки металлов давлением в программе DEFORM, применяемых в различных технологиях производства тройников. Заготовка и инструмент для моделирования технологических операций были созданы в программе SolidWorks. В программе DEFORM 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». Замер параметров готовых изделий показал, что результаты расчета оказались очень близки к результатам опытной штамповки. Сходимость результатов варьировалась для разных технологий в диапазоне от 95 до 99 %. 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 программного комплекса DEFORM на предприятиях, производящих штампосварные детали трубопровода, целесообразно и позволит сократить срок ввода в производство нового изделия.
Бесплатно
Моделирование операций обработки давлением при производстве штампосварных деталей трубопровода
Статья научная
При производстве тройников заготовка подвергается ряду технологических операций, в том числе нагреву, частичному охлаждению и обработке давлением. 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. Рассматривается моделирование технологических операций обработки металлов давлением в программе DEFORM. Заготовка и инструмент для моделирования технологических операций были созданы в программе SolidWorks. В программе DEFORM были последовательно промоделированы операции частичного охлаждения нагретой заготовки, набора металла в зону отбортовки и операция отбортовки. На первом этапе моделировалось частичное охлаждение заготовки путём помещения её в ванну на глубину 2/3 от её высоты и выдержки в течение заданного временного интервала. Затем было проведено моделирование операции набора металла в зону отбортовки, при этом была определена оптимальная высота выпуклости. На третьем этапе была промоделирована операция вырезки отверстия под отбортовку, в ходе которого были определены размеры отверстия. На последнем этапе была промоделирована отбортовка ответвления, после чего было определено соответствие толщины стенки ответвления полученной на модели техническим требованиям на изделие. По результатам моделирования были определены технологические параметры, по которым в дальнейшем была произведена опытная штамповка детали «тройник». Замер параметров готового изделия показал, что результаты расчета оказались очень близки к результатам опытной штамповки, а полученный тройник признан годным, полностью удовлетворяющим требованиям технических условий. Таким образом, показано, что применение программного комплекса DEFORM на предприятиях, производящих штампосварные детали трубопровода, целесообразно и позволит сократить срок ввода в производство нового изделия.
Бесплатно
Моделирование подготовительных и финишных операций при производстве сварных и бесшовных труб
Статья
Бесплатно
Статья научная
Совершенствование технологии получения композиционных слоистых металлокерамических труб с внешним металлическим и внутренним керамическим слоями с помощью реакций самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), разработанной в 70-х годах прошлого века, до настоящего времени остаётся актуальной задачей. Технология при всей её перспективности нестабильна и её широкое внедрение невозможно без проведения работ по её оптимизации. Разработке оптимальной методики получения покрытия, удовлетворяющего эксплуатационным требованиям, будет способствовать создание математической модели процесса нанесения внутритрубного покрытия методом центробежного СВС, которая бы учитывала всё множество теплофизических и физико-химических параметров, формирующих это покрытие.В процессе настоящей работы в основу математического моделирования положены следующие допущения: толщина слоя смеси СВС постоянна по радиусу и по длине трубы; размер частиц смеси СВС намного меньше зоны реакции, что позволяет гетерогенную среду представить гомогенной; теплофизические параметры сред постоянны и не зависят от температуры; фронт волны горения распространяется в режиме устойчивого стационарного горения с постоянной скоростью. Для численного решения краевой задачи использовали метод конечных разностей.Результаты теплофизического моделирования и построенная в ходе настоящей работы модель термокинетики процесса формирования внутритрубного покрытия были использованы для создания программы для ЭВМ, которая позволяет прогнозировать результаты проведения процесса в различных режимах. Интерфейс программы позволяет в широких пределах изменять значения термокинетических, механических и геометрических параметров процесса.
Бесплатно
Моделирование температурных полей в очаге деформации при прокатке сортовых профилей
Статья обзорная
Бесплатно
Моделирование температурных процессов с целью совершенствования технологии сортовой прокатки
Статья научная
Созданы математические модели, описывающие температурные процессы, происходящие в очаге деформации и технологическом потоке стана. На их основе решены задачи оптимизации технологических режимов для достижения заданной температуры полосы и устранения неравномерности распределения температуры по длине полосы. Математические модели напряженно-деформированного состояния и температурных полей в очаге деформации позволяют решать задачи прогнозирования дефектообразования на готовом профиле. Предложены мероприятия по совершенствованию существующих и разработке новых технологий и компоновки оборудования для прокатки сортовых профилей высокого качества с помощью моделирования температурных процессов.
Бесплатно
Моделирование технологии изготовления деталей протяжкой через рогообразный сердечник
Статья научная
Крутоизогнутые отводы представляют собой соединительные детали, применяемые в трубопроводах различного назначения для изменения направления трубопровода, для создания дополнительного ответвления от основной магистрали трубопровода, для изменения диаметра трубопровода и т. д., и широко применяются в промышленности. В данной статье рассматривается моделирование процесса протяжки через рогообразный сердечник в программе QForm 2D/3D. Заготовка и инструмент для моделирования технологических операций были созданы в программе Компас-3D. По результатам моделирования были определены технологические параметры, по которым в дальнейшем была произведена опытная протяжка. Замер параметров готовых изделий показал, что результаты моделирования оказались очень близки к результатам опытной протяжки. Также было показано визуальное соответствие реальных отводов их трёхмерным моделям. Полученные отводы признаны годными, полностью удовлетворяющими требованиям технических условий. Таким образом, показано, что применение программного комплекса QForm на предприятиях, производящих крутоизогнутые отводы, целесообразно и позволит сократить срок ввода в производство нового изделия.
Бесплатно
Моделирование технологических процессов на прошивном прессе трубопрессовой линии
Статья научная
Составлена математическая модель динамики процесса прошивки или экспандирования трубной заготовки на прошивном прессе трубопрессовой линии. Рассмотрено осесимметричное течение металла (рабочей среды) между контейнером и оправкой или экспандером. Установлен характер распределения давления металла и напряжений в очаге деформации. Из условия минимума осевого сопротивления оправки или экспандера потоку металла установлена рациональная форма её образующей. Показана достоверность полученных результатов путем идентификации диагностируемых данных прошивного пресса.
Бесплатно
Статья научная
Объяснены превращения фаз в результате твердофазного карботермического восстановления металла в объёме комплексного оксида с низким содержанием железа - дунит. В лабораторной печи сопротивления (печи Таммана) проведены эксперименты по твердофазному карботермическому восстановлению железа в дуните при температуре 1300 °С и выдержке 1 ч. Выполнено сравнение результатов микрорентгеноспектрального и рентгенофазового анализа исходных образцов дунита с образцами после твердофазного карботермического восстановления. Установлены фазы в исходных образцах дунита: Mg3Si2O9, Fe0,16Mg1,86SiO4, Fe0,339Mg2,544Al0,201Si1,904O9H4, Al2MgO4 и в фазах после твердофазного карботермического восстановления металла: Mg2SiO4, Mg14(SiO4)5O4, Fe0,16Mg1,86SiO4 и Fe2,16Mg0,31Si0,53O4. Отдельно в лабораторной взвешивающей муфельной проведены эксперименты по окислительному обжигу кусков дунита при температуре 1000 °С. Показаны кривые изменения массы в процессе окислительного обжига. Дана оценка результатам работы и обозначены перспективы дальнейшего исследования процессов карботермического твердофазного восстановления металлов из комплексных оксидов.
Бесплатно
Статья научная
Комплекс негативных воздействий водорода на металл называют водородной деградацией. Процессы водородной деградации существенно зависят от особенностей диффузии и растворимости водорода в конкретных материалах. Многие промышленные изделия при изготовлении сохраняют существенные остаточные напряжения (сварные трубы, сварные швы, несущие балки). В этом случае особую ценность для прогнозирования процессов деградации имеют зависимости растворимости и коэффициента диффузии водорода от температуры образца и напряжений, приложенных к образцу. В этой работе мы приводим результаты тестирования потенциалов Картер на воспроизведение основных энергетических характеристик, хорошо изученных методами первопринципного моделирования, а именно: энергии растворения водорода и величины диффузионных барьеров. После этого приводятся результаты исследования зависимости энергии растворения атомов водорода от величины двухосной деформации. Особый интерес представляет вопрос о воспроизведении потенциалом Картер перескока водорода из тетраэдрических пор в октаэдрические поры ОЦК-железа под действием двухосных деформаций. Результаты моделирования сопоставляются с аналогичными результатами, представленными в соответствующих статьях и хорошо согласуются с результатами расчета из первых принципов. Потенциал B воспроизводит переход водорода из тетрапор в октапоры под действием двухосных напряжений.
Бесплатно
Монте-Карло моделирование активности углерода в ОЦК-железе
Статья научная
Задача исследования заключалась в проверке предложенных в литературе значений энергии взаимодействия между атомами углерода в ОЦК-железе для различных координационных сфер. Цель работы: рассчитать активность углерода в ОЦК-железе, используя различные параметры взаимодействий между атомами углерода. Методы: для моделирования использовалась самописная программа по Монте-Карло, в которой была рассмотрена суперячейка 20×20×20 элементарных ячеек объёмно-центрированного (ОЦК) железа. Нами была проведена оптимизация, в ходе которой была получена сходимость результата усреднения при 500 шагах Монте-Карло. Расчеты проводили для широкого диапазона температур (Т = 955, 975, 1000, 1026, 1056, 1070, 1086, 1121 К). Результаты: наши расчеты показали, что почти все предложенные параметризации согласуются с экспериментальными данными, поскольку при низких концентрациях атомы углерода практически не взаимодействуют. Чтобы изучить влияние взаимодействия атомов углерода на кривую активности, нам пришлось расширить наши расчеты до области более высоких концентраций, чем наблюдаются на самом деле. Это позволило нам сравнить различные параметризации и получить ряд интересных выводов. Кроме того, мы продемонстрировали возможность воспроизведения экспериментальных кривых активности углерода для нескольких наборов параметров С-С взаимодействия. Новизна работы: мы продемонстрировали, что для расчета активности углерода в ОЦК-железе достаточно вычислить энергии С-С взаимодействия для первых четырех координационных сфер. Практическая значимость заключается в получении новой теоретической информации, необходимой для разработки новых марок сталей и режимов термической обработки их.
Бесплатно
Наливная формовочная смесь на клинкерном связующем
Краткое сообщение
Приведены результаты разработки состава наливной формовочной смеси со связующим на основе портландцементного клинкера, обладающей повышенной термохимической устойчивостью к заливаемому чугуну.
Бесплатно
Нанодвойникование мартенситных кристаллов и теория адаптивных фаз
Статья научная
Работа поддержана грантом РФФИ 05-08-33707-а.
Бесплатно
