Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 899
Статья научная
Для учета нагрузки на прессовое оборудование и оснастку необходимо знать усилия обработки, применяемые к заготовке. На основании лабораторных исследований изучены силовые прессования заготовок абразивных кругов на керамической связке. Полученная математическая модель может быть полезна при совершенствовании существующих и разработке новых технологий производства абразивного инструмента.
Бесплатно
Металлургическое производство в условиях действующих машиностроительных предприятий
Статья
Бесплатно
Метод измерения температур в исследовании характера затвердевания отливки
Краткое сообщение
Рассмотрен один из методов исследования механизма и скоростей затвердевания отливок - метод измерения температур (МИТ), проведен сравнительный анализ МИТ с другими методами, представлены результаты экспериментов термометрирования затвердевающих отливок.
Бесплатно
Статья научная
На протяжении более чем полувекового опыта слитки из алюминиевых сплавов получают методом непрерывного литья. Фазовый переход металла из жидкого состояния в твердое представляет собой сложный процесс, и доводку литейной технологии приходится проводить на реальных отливках, что связано с немалыми материальными и временными затратами. Сократить расходы на этапе опытного литья позволяют системы компьютерного моделирования литейных процессов.Литейные процессы по своей сути мультифизические, и эта особенность требует искать решения связанных задач. В полунепрерывном литье к таким задачам относится определение фронта кристаллизации сплава при одновременном движении формирующейся заготовки в условиях непрерывного теплоотвода и поступлении очередных порций расплава в кристаллизатор. Совместное осуществление таких сложных вычислительных моделей гидравлики и теплофизики требует внесения систем ограничений и допущений без искажения физики процесса. На практике уже хорошо себя зарекомендовали такие системы инженерного анализа, как ProCAST, LVMFlow, PoligonSoft, MAGMASOFT и др.В связи с созданием технологии для новых материалов программы «Приоритет 2030» и отсутствием модуля непрерывного литья в указанных специализированных системах необходима методика проведения вычислительного эксперимента с позиций квазистационарного приближения. При этом вытягивание заготовки рассматривать ступенчато в виде последовательности событий через фиксированные промежутки времени. На каждом шаге осуществлять решение только тепловой задачи, считая мгновенным смещение поддона машины на заданное расстояние и моментальным заполнение кристаллизатора расплавом до фиксированного уровня. В дальнейшем полученные результаты позволят адекватно подобрать оборудование непрерывного литья и более тщательно подготовиться к натурному эксперименту.
Бесплатно
Методика определения радиуса подгибки кромок при производстве труб большого диаметра
Статья научная
Системы трубопроводного транспорта, включающие трубы большого диаметра как неотъемлемую часть, относятся к опасным техногенным объектам. Их аварии или отказы в работе приводят к возникновению серьезных угроз населению, инженерным сооружениям и природным массивам. Поэтому к ним предъявляются высокие требования по обеспечению надежности и безопасности. Текущее развитие производства электросварных труб большого диаметра напрямую зависит от требований, предъявляемых компаниями топливно-энергетического комплекса. Из-за истощения традиционных месторождений и стремления к расширению рынков сбыта компании топливно-энергетического комплекса вынуждены переходить к добыче и транспортировке углеводородов в новых условиях. Развитие новых проектов таких, как «Сила Сибири», предполагает прокладку трубопроводов в зонах тектонической активности, что также повышает требования к надежности труб. Одним из направлений развития производства электросварных труб большого диаметра является повышение группы прочности. Увеличение надежности и экономичности электросварных труб большого диаметра достигается не только повышением механических свойств трубных сталей путем их легирования, но и повышением геометрических требований к сварным трубам. При производстве труб большого диаметра основными геометрическими требованиями являются: отклонение наружного диаметра труб, овальность и отклонение от теоретической окружности. Нарушение в технологии производства влечет появление дефектов на трубах. Геометрические дефекты в трубах закладываются в заготовках. Одним из основных геометрических дефектов при производстве труб является отклонение от теоретической окружности. Исправление данного дефекта осуществляется операцией калибрования на механическом экспандере. Отклонение от теоретической окружности происходит из-за неправильного выбора радиуса прикромочной зоны при подгибке кромок на прессе. Предложен способ расчета и определения радиуса подгибки кромки после распружинения.
Бесплатно
Методика параметрической идентификации диаграммы пластичности при монотонной деформации
Статья научная
Затрагивается актуальная тема деформируемости металлов при обработке давлением. Для оценки величины накопленной поврежденности при пластической обработке в данной работе использовалась известная модель накопления поврежденности. Для того чтобы воспользоваться моделью, необходимо экспериментальное определение предельной степени деформации материала в зависимости от параметров, характеризующих напряженное состояние процесса. С применением экспериментов по деформированию образцов в условиях гидр остатического давления среды и процедуры параметрической идентификации процесса накопления поврежденности разработана методика получения такой зависимости на примере стали 20.
Бесплатно
Методика расчёта параметров закрученных струй применительно к фурме TSL
Статья научная
Фурма типа TSL работает в режиме крутки спутных струй воздуха охлаждения и кислородовоздушной смеси (КВС). Это позволяет обеспечивать её охлаждение при погружении в расплав и организацию высокотемпературных процессов автогенной плавки в условиях печей Аусмелт и Айзасмелт. Вращение дутьевого факела улучшает массообмен в печи и повышает её производительность. Рассмотрение теоретических основ процессов крутки спутных струй, позволило разработать методику расчёта их основных параметров для условий плавки в печи Аусмелт и сделать математический анализ для различных режимов дутья. В соответствии с выполненной оценкой мы наблюдаем зависимость эффективной крутки как от конструктивной крутки, так и от количества и скорости истечения дутьевой смеси из завихрителей. Увеличение эффективной крутки спутных потоков создаёт предпосылки для образования обратных токов в устье фурмы, диаметр воронки которых становится сопоставимым с диаметрами внутренних труб фурмы. Увеличение диаметра воронки обратных токов сопровождается ростом угла раскрытия струи и уменьшением глубины проникновения в расплав дутьевого факела. Для оценки эффективности крутки предложена модель её расчёта применительно к печам Аусмелт и Айзасмелт. Контроль параметров крутки позволяет прогнозировать технологические параметры плавки и эффективно управлять процессом переработки сырья. Одновременно с этим при понимании параметров конструктивной крутки для конкретной используемой фурмы оператор на печи по изменению контролируемого приборами противодавления (сопротивления) дутью может контролировать состояние наконечника фурмы, не вынимая её из расплава, тем самым оптимизируя режим плавки и сокращая время простоя для обслуживания фурмы.
Бесплатно
Методология исследования совмещенного процесса непрерывного литья и прессования металлов
Статья научная
Рассмотрены схемы совмещения непрерывного литья с прессованием алюминиевых сплавов: Конформ, Экстроллинг, Линекс, совмещенная прокатка-прессование. Показано, что методология расчета основных технологических параметров совмещенного процесса литья-прессования алюминиевых сплавов с использованием карусельного кристаллизатора должна включать нахождение рациональных размеров поперечного сечения контейнера, определение величины входного угла матрицы, расчет значения угла между каналом матрицы и продольной осью контейнера, определение длины контейнера, определение места заливки расплава в канавку колеса кристаллизатора в зависимости от заданных значений температуры, скорости прессования, интенсивности охлаждения рабочего инструмента при стабильном процессе деформирования. Для нахождения зависимости времени остывания от перечисленных факторов применялось планирование экспериментов типа 24 и получено уравнение регрессии. По результатам теоретических расчетов была спроектирована и изготовлена опытная установка совмещенного литья и прессования цветных металлов, на которой были проведены эксперименты по установлению влияния на процесс кристаллизации остывания и последующего прессования заготовок из алюминиевых сплавов, температуры поверхности канавки колеса-кристаллизатора, площади ее поперечного сечения, температуры заливаемого металла, величины заходного угла матрицы и ее расположение относительно дна канавки колеса, скорости подачи металла к матрице, температуры прессования и коэффициента вытяжки. Было установлено, что совмещение процессов непрерывного литья и прессования в одном инструменте должно обеспечивать создание и соблюдение постоянного градиента температуры металла на участке его заливки в кристаллизатор и в зоне матрицы, где происходит деформирование кристаллизованной заготовки. При этом уровень градиента зависит от характера распределения температуры вдоль переходной зоны твердо-жидкого состояния металла в кристаллизаторе и определяет как энергосиловые параметры процесса деформирования, так и качество получаемого пресс-изделия.
Бесплатно
Механизм гидратации кристаллогидратных формовочных смесей на основе силикатов кальция
Статья научная
Рассмотрены процессы гидратации и формирования прочности наливных самотвердеющих формовочных смесей на основе портландцемента для производства точных отливок.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена определению структуры потерь металла при выплавке нержавеющей стали, легированной титаном, и разливки данной стали на машине непрерывной разливки криволинейного типа. Описана гипотеза о механизме образования дефекта на поверхности непрерывнолитых слябов и приведены рекомендации по снижению объёма зачистки дефектов. Рассмотрены работы других авторов, в которых выдвигались предположения, что данный дефект вызывается заворотом корки, аналогично разливке нержавеющей стали в изложницы; что он образуется из-за опускания в жидкий металл, находящийся в кристаллизаторе, грубых шлако-металлических корок, которые образуются при взаимодействии растворенного титана с кислородом и шамотной футеровки промковша; что существует связь между прокатной пленой и качеством разливочной шлаковой смеси для кристаллизатора и характером потоков металла в кристаллизаторе. Также приведена аргументированная критика версий о том, что для получения слябов с минимальным количеством поверхностных дефектов необходимо снижать количество растворенного в металле азота. Показано влияние растворенного азота и титана на уровень зачистки непрерывнолитых слябов, предложены способы снижения данного дефекта, а также описаны факторы, оказывающие влияние на его развитие.
Бесплатно
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
Микроструктура и фазовый состав сплавов M(Cr30W5C1,5)
Статья научная
Исследование направлено на изучение микроструктуры и фазового состава сплавов системы M(Cr30W5C1,5), где M представляет собой комбинацию металлов (Co, Fe, Ni, Al, Mn). Цель работы – оценка потенциала данных материалов в качестве альтернативы дорогостоящим кобальтохромовым сплавам (например, Stellite 6) для применения в условиях экстремальных механических и термических нагрузок. Образцы синтезировались методом вакуумной плавки с последующей термообработкой при 600, 800 и 1000 °C или без обработки. Для их изучения использовались сканирующая электронная микроскопия (SEM), энергодисперсионная спектроскопия (EDS) и рентгеновская дифракция (XRD). Результаты показали, что во всех образцах формируется многокомпонентная матрица (ОЦК и ГЦК) и распределённые в матрице частицы карбидов (Cr23C6, Cr7C3, WC). Термообработка при 1000 °C усилила карбидообразование в системах Al2CoNiFe(Cr30W5C1,5) и CoNiFe(Cr30W5C1,5). Микроструктура сплавов с матрицей на основе CoNiFe подобна структуре традиционных стеллитов. Полученные данные подтверждают, что варьирование состава матрицы позволяет управлять фазовым составом и микроструктурой, в конечном итоге достигая баланса между твёрдостью, термостойкостью и экономичностью (снижение доли кобальта). Исследуемые сплавы демонстрируют потенциал для замены традиционных материалов в энергетике и машиностроении. Дальнейшие исследования целесообразно направить на изучение корреляции между структурой карбидов, механическими свойствами и коррозионной устойчивостью, а также оптимизацию параметров синтеза для промышленного внедрения.
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
