Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 923
О взаимосвязи диаграммы состояния системы Ni-Cr и модельных представлений о структуре расплавов
Статья научная
Изучены температурные и концентрационные зависимости удельного электросопротивления сплавов системы никель - хром в жидком состоянии. Экспериментальные данные свидетельствуют о нелинейной концентрационной зависимости изотермы ρ изученных сплавов. Используя некоторые положения теории перколяций и модель микронеоднородного строения расплавов, качественно объяснен характер изменения волнообразной изотермы электросопротивления хромоникелевых расплавов.
Бесплатно
О влиянии химического состава металла на режим термической обработки отливок из стали марки 110Г13Л
Статья научная
Рассмотрена возможность снижения длительности режима термической обработки отливок из стали марки 110Г13Л за счет дифференциации температур нагрева отливок под закалку в зависимости от содержания в них углерода. Проведена серия экспериментальных плавок, изучено влияние понижения температуры закалки относительно общепринятой на структуру металла.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время на предприятиях нефтегазоперерабатывающей и химической промышленности требуются трубные заготовки, способные работать под высокими давлениями, в агрессивных средах, то есть в условиях повышенного износа. Одним из способов повышения механических свойств является упрочнение за счёт введения в расплав тугоплавкой мелкодисперсной фазы. В данной работе рассмотрен способ получения трубной заготовки методом центробежного литья с упрочнением тугоплавкой фазой. Работа выполнена в рамках проекта № 2.1.2./687 «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 гг.) и гранта РФФИ 07-08-00207-а.
Бесплатно
О возможности получения слоистого композиционного материала жидкофазным способом
Статья научная
Описаны технологические параметры получения композиционного материала с многослойной структурой методом электрошлакового переплава с введением углеродсодержащего компонента. Приведены данные исследований слоистого композиционного материала на оптическом и электронном микроскопе. Проанализированы свойства слоистой металлической композиции.
Бесплатно
Статья обзорная
Бесплатно
О зависимости активационного объема при возврате в сплаве АМГБ от напряжения
Статья обзорная
Бесплатно
О методе экспонент в задачах моделирования нагрева металла в печах
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству и экономичности нагрева металла перед прокаткой задача создания и совершенствования алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) нагревательных печей является вполне актуальной. Цель исследования: изучить особенности применения предложенного в научной литературе метода экспонент для описания температурных полей заготовок при нагреве в печах: выясняется вопрос о том, насколько указанный подход соответствует физике процесса нагрева, какая точность описания при этом может быть достигнута. При этом следует подчеркнуть, что данный метод интересен прежде всего для реализации режима реального времени в АСУ ТП нагревательных печей.
Бесплатно
О некоторых особенностях структурирования металлических жидкостей
Статья научная
Проанализированы физические модели строения металлических жидкостей. Состояние жидкости может быть описано в физических терминах, если известны: долевое соотношение ее составляющих, количество, состав и размеры кластеров, число атомов, входящих в кластеры, время жизни кластеров, длина свободного пробега электронов и т. д. Рассмотрены возможности количественного описания структурных параметров, которые вытекают из анализа известных публикаций и наших предложений по их использованию. Наибольшее внимание уделено работам, в которых предлагаемые на обсуждение модельные представления опираются на результаты экспериментальных исследований. Для развития количественной теории физической модели необходимы экспериментальные методы определения относительных долей структурных составляющих расплавов: разупорядоченной зоны и зоны кластеров. Можно полагать, что именно этими характеристиками определяются многие структурночувствительные свойства расплавов и процессы, связанные с изменением их структуры. Показано, что наиболее обоснованными выводами о структурных превращениях и изменениях характера химических связей в жидких металлах являются те, которые вытекают из результатов комплексных исследований свойств на одном и том же объекте, а также из результатов рентгеноструктурных, нейтронографических и других прямых методов. Для длительно существующих квазиравновесных метастабильных состояний жидкости предложен квазихимический вариант модели микронеоднородного строения металлических расплавов. Он учитывает три основополагающие идеи: равномерность двух типов движения частиц жидкости, существенную роль сил межатомного притяжения в формировании конденсированного состояния и особенности силовых полей конкретных атомов расплава. При этом особое внимание уделяется учету энергетической неравноценности межатомного взаимодействия атомов разных элементов, что является причиной возникновения кластеров разного состава и строения, обладающих разной устойчивостью во времени.
Бесплатно
О параболической аппроксимации температурного поля слябов при нагреве в методических печах
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству и экономичности нагрева металла перед прокаткой задача создания и совершенствования математического обеспечения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) нагревательных печей является вполне актуальной. Цель исследования: установить конкретику реализации упоминаемого в литературе параболического подхода к описанию температурных полей заготовок при нагреве в методических печах.
Бесплатно
О расчетно-инструментальном контроле качества нагрева и термообработки металла в печах
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству нагрева металла перед прокаткой или при его термообработке задача создания и совершенствования алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП) нагревательных и термических печей является вполне актуальной. Цель исследования: рассмотреть решение задачи контроля перепада температуры по сечению металла при его нагреве перед прокаткой или в процессе термообработки. Материалы и методы. Выполнен анализ литературных источников по проблеме. Проведено обобщение результатов ранее выполненных работ как для случаев выдержки при постоянной температуре рабочего пространства, так и при постоянной температуре поверхности заготовки, а также и для случая нагрева массивных тел произвольной формы. Результаты. Показано, что решение задачи контроля можно свести либо к измерению текущей плотности теплового потока внутрь металла, либо же к измерению разности температур печи и поверхности сляба. Исследовано влияние на структуру алгоритмов контроля различных особенностей реального процесса выдержки. Приведено решение задачи контроля для случая массивных тел произвольной формы. Получены соотношения для контроля, аналогичные алгоритмам контроля для слитков и слябов. Указан способ настройки алгоритмов контроля на реальный процесс по данным текущих измерений в регулярном режиме. Установлено, что для случая симметричного или одностороннего нагрева слябов в методических печах для настройки достаточно измерять температуру только одной из поверхностей, при несимметричном нагреве требуется измерять температуры обеих поверхностей. Для случая выдержки рулонов холоднокатаной ленты в колпаковых печах необходимо измерять температуру в трех различных по радиусу точках основания нижнего рулона с помощью контактных термопар. После настройки для контроля в любом случае достаточно измерять температуру лишь в одной точке поверхности. Исследовано влияние погрешностей измерения температуры поверхности металла на точность настройки алгоритмов контроля и на точность оценки максимального перепада температуры по его сечению. Приведены варианты реализации алгоритмов контроля в промышленных условиях. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при разработке и совершенствовании алгоритмического обеспечения АСУ ТП нагревательных и термических печей.
Бесплатно
О роли борсодержащих материалов в металлургических процессах
Статья обзорная
Цель - структурировать информацию о применении бора и его соединений в металлургических процессах. Проведен анализ данных о роли борсодержащих материалов (чистого борного ангидрида, колеманита, отходов от производства борсодержащего стекла, тетрабората натрия) в различных процессах по получению металлов на основе обзора отечественной и зарубежной научной литературы. Проведен анализ широкого спектра информации о применении борного ангидрида в черной металлургии: подготовке окускованной шихты для доменной плавки, выплавке чугуна, стали, различных ферросплавов, технического кремния. Показано, что довольно богатый опыт в применении боратовых флюсов в технологических процессах черной металлургии приобретен, в частности, исследователями Института металлургии УрО РАН (Россия) и Химико-металлургическом института им. Ж. Абишева (Республика Казахстан). Показано, что при всем разнообразии направлений применения борсодержащих материалов неизменным остается главное: положительный технологический эффект, основанный на способности борсодержащих флюсов снижать температуру плавления оксидных систем и повышать жидкоподвижность шлаков, образующихся в различных пирометаллургических процессах. Использование бора в таких процессах повышает их эффективность, что отвечает стратегии развития черной и цветной металлургии России на период 2014-2022 годы и на перспективу до 2030 года.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена разработке теории, отражающей изменение количества карбидной фазы, концентрации углерода в аустените ледебуритных высокохромистых сталей или чугунов и соответствующее этим эффектам поведение твёрдости закалённых сплавов в зависимости от температуры закалки. Рассмотрены два варианта термической обработки: в варианте А сплав 140Х12М1, на примере которого рассматривается теория, был резко охлаждён после кристаллизации и имел почти исключительно аустенитную структуру матрицы, а затем в условиях быстрого нагрева под закалку вновь принимал такое же состояние, как после кристаллизации. В варианте Б допускается, что сплав имеет структуру зернистого перлита в результате либо распада аустенита, либо высокого отпуска мартенсита. В ходе быстрого нагрева на изотерму он испытывает α→γ-превращение, а далее начинается растворение карбидных частиц. При расчётах использована кинетическая теория выделения и растворения карбидных частиц, разработанная авторами на основе концепции Зинера - Хиллерта. Для обоих вариантов А и Б расчёты достаточно хорошо описывают наблюдавшееся изменения твердости и эффект понижения температуры максимума твёрдости для варианта А (950-1000 °C) по сравнению с вариантом Б (1000-1070 °C).
Бесплатно
О способах переработки кремнийсодержащих техногенных отходов
Статья научная
Целью данной работы явилось проведение аналитического обзора по методам переработки кремнийсодержащих техногенных отходов, образующихся при карботермическом производстве металлургического (технического) кремния MG-Si и кремния полупроводникового, электронного сорта: печных и рафинировочных шлаков, некондиционного кремния, отходов литья, резки и механической обработки кремниевых полупроводниковых изделий. Описаны методы механического обогащения, термической и химико-термической обработки кремнийсодержащих шлаков с извлечением кремния в виде сплавов (силумина, ферросилиция). Показано, что комбинирование механических, термических и пирометаллургических подходов позволяет повысить извлечение кремния до 90–96 %, снизить удельный расход энергии и сырья при выплавке кремния, минимизировать негативное воздействие на окружающую среду. Также отходы как растительного, так и техногенного происхождения были рассмотрены в качестве сырьевых материалов (кремнеземсодержащего сырья и углеродистого восстановителя) для возможной выплавки MG-Si в руднотермических печах: микросилика (пыль электрофильтров кремниевого производства), рисовая и овсяная шелуха, биоуголь, отработанный самообжигающийся анод алюминиевого электролизера и др. Обсуждены преимущества, недостатки и перспективы промышленной реализации каждого метода. Показано, что современной тенденцией развития современной металлургии является комбинирование различных технологий для повышения экономической и экологической эффективности переработки кремнийсодержащего техногенного сырья, что является актуальными вопросами и способствуют дальнейшему развитию исследований в данной области.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен вопрос получения необходимой структуры отливок стеклоформ посредством регулирования процессов легирования, заливки и внепечной обработки жидкого чугуна. Управление поведением графитовой фазы чугуна позволяет контролировать процесс создания заготовки детали стеклоформы с заданными теплофизическими и механическими свойствами. Установление закономерностей образования высокоуглеродистой фазы чугуна и потребительских свойств готового металлоизделия позволяет получить отливку с требуемой структурой и обеспечить ресурсоспособность деталей стеклоформ выше уровня мировых аналогов.
Бесплатно
О структуре и свойствах некоторых жаропрочных никелевых сплавов
Статья научная
Рассмотрены различные модели строения металлических расплавов. Учитывая данные современных исследований, можно считать, что структура жидкости сложна и состоит из различных атомных ассоциаций. Ими являются кластеры и межкластерное пространство. Между отдельными структурными составляющими четко выраженные границы отсутствуют. Межкластерные разрывы представляют собой щели шириной около 0,1 нанометра, раскрывающиеся и закрывающиеся при расхождении и схождении кластеров в процессе тепловых колебаний. Термодинамические расчеты позволяют определить количество кластеров и атомов в кластере и другие характеристики структурных параметров, а также найти их температурные зависимости. Предложенный подход к анализу структуры и свойств приводит к новой информации о состоянии металлических расплавов. В частности, известно, что такие свойства, как кинематическая вязкость, плотность и поверхностное натяжение существенно зависят от величины и количества кластеров, а также характеристик межкластерного пространства. Кроме того, политермы рассчитанных параметров адекватно отражают характер температурных зависимостей свойств. В работе изучены образцы чистого никеля и четырех жаропрочных сплавов. Характеристики структуры исследованных жаропрочных сплавов оказались близки по величине и виду температурной зависимости. Данные по жидкому никелю описываются аналогичной температурной зависимостью и незначительно отличаются от жаропрочных никелевых сплавов. Вид температурных зависимостей свойств жаропрочных никелевых сплавов существенно отличается от закономерностей, характерных для чистого металла. Политермы кинематической вязкости, плотности и поверхностного натяжения жаропрочных никелевых сплавов изменяются незакономерно и характеризуются гистерезисом, т. е. несовпадением величины свойств при нагреве и охлаждении. Политермы удельного сопртивления в температурном интервале «солидус-ликвидус» жаропрочных никелевых сплавов изменяется на 3-4 % практически скачкообразно. Использование различных существующих моделей строения металлических жидкостей позволяет расширить возможности обсуждения представлений о структуре и свойствах изучаемого объекта и раскрытия существенных его особенностей.
Бесплатно
Статья обзорная
Бесплатно
Статья научная
В статье продолжена характеристика метаморфогенных изменений рудного хромшпинелида в хромовых рудах уральских месторождений. Метаморфогенные изменения хромшпинелида Камбулатовского, Верхне-Уфалейского (Южная залежь Песчанского месторождения Верхне-Уфалейской группы месторождений) и Варшавского месторождений описаны в минералого-технологических пробах хромовых руд, поступающих на ЧЭМК. Всего изучено 6 проб хромовой руды, по 2 пробы, весом 5-6 кг, с каждого месторождения.
Бесплатно
Об автоматической стабилизации температуры рабочего пространства нагревательных печей
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству и экономичности процесса нагрева металла перед прокаткой задача создания и совершенствования алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) нагревательных печей, в том числе и их локальных подсистем, является вполне актуальной. Цель исследования: изучить зависимость коэффициента передачи нагревательных печей по каналу «расход топлива – температура рабочего пространства» от теплофизических характеристик процесса нагрева. Разработать алгоритмическое обеспечение программно-аппаратной системы автоматического регулирования (САР), обеспечивающей приемлемое качество стабилизации температуры рабочего пространства. Материалы и методы. Проведен анализ литературных данных по рассматриваемой проблеме и рассмотрены предлагаемые в литературе варианты решений. Результаты. Приведены теоретические выкладки, объясняющие наблюдаемые в эксплуатационных условиях закономерности изменения коэффициента передачи по каналу «расход топлива – температура рабочего пространства» от характеристик процесса нагрева. Получены различные варианты представления зависимости коэффициента передачи от влияющих переменных и выполнено необходимое вычислительное исследование. Предложена структура наиболее предпочтительного варианта реализации адаптивной САР. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при разработке и совершенствовании алгоритмического обеспечения АСУ ТП нагревательных печей.
Бесплатно
Об аномальных свойствах доменного чугуна без выделений графита
Статья научная
Развитие современного материаловедения предусматривает постоянный поиск новых материалов с более высокими свойствами. В качестве таких материалов в настоящее время широко используются дорогие железоникелевые сплавы, так называемые инвары. Говоря о структуре и свойствах чугуна чаще всего игнорируется влияние газов (водорода, азота и кислорода) на формирование его структуры и свойств. В практике получения чугунных отливок для придания чугуну нужных свойств часто используется обработка расплава различными веществами. Помимо воздействия на химический состав расплава, его свойства можно изменять с помощью других факторов. Одним из наиболее простых по осуществлению и эффективности может быть изменение температуры расплава и времени пребывания при этой температуре. Для изучения влияния термоциклирования на линейное расширение и микроструктуру чугуна проводилось два варианта обработки расплава. Первый заключался в нагреве до 1300 °С, выдержке в течение 15 мин и охлаждении до получения твердой корки. Второй - в нагреве до 1550 °С, выдержке в течение 15 мин и охлаждении до температуры 1350 °С. Оба процесса повторялись многократно. Проведенная обработка расплава полностью удаляет выделения свободного графита из структуры чугуна. Металлографический анализ дилатометрических образцов позволил установить, что термоциклическая обработка приводит к образованию ледебурита. Изучалось влияние термической обработки на линейное расширение и микроструктуру доменного чугуна после предварительной обработки расплава. Наиболее эффективной оказалось проведение химико-термической обработки (цементации в среде бондюжского карбюризатора) с последующей закалкой. Проведение цементации в среде бондюжского карбюризатора приводит к повышению значений коэффициента линейного расширения в области низких и высоких температур испытания. Однако последующая закалка позволяет получить довольно низкие значения коэффициента линейного расширения: 3,1•10-6, град-1 при температуре 150 °С и 1,8•10-6, град-1 при температуре 400 °С. Сравнивая коэффициент линейного расширения доменного чугуна без выделений графита с коэффициентами линейного расширения инваров в различных температурных интервалах видно, что коэффициент линейного расширения после предварительной обработки принимает довольно низкие значения.
Бесплатно
