Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 885
Статья научная
Рассмотрено распределение температурного поля в узле ролика волоки при волочении низкоуглеродистой стали с целью определения работоспособности и повышения долговечности работы узла методом осевого охлаждения валка. Составлена первичная модель для определения количества отведенного тепла, основанная на уравнении плотности теплового потока, определения оптимальных параметров расхода охлаждающей жидкости и оптимального сечения охлаждающего канала в зависимости от применяемого типоразмера проволоки. По результатам расчетов базовой модели можно сделать выводы о неработоспособности системы в связи с высокими температурными напряжениями и деформациями на контакте ролика и внешнего кольца подшипника. Однако в дальнейшем планируется составить более детализированную модель с учетом энергосиловых параметров, рассеивания теплоты в воздухе, а также уноса теплоты проволокой. Представлен план реализации проекта, заключающийся в теоретическом описании процесса распределения тепла, компьютерном моделировании и проведении натурного эксперимента. Компьютерное моделирование планируется провести на базе программных комплексов DEFORM-3D и СFdesign. Приведенные программы отличаются высокой точностью результатов, значения которых коррелируются с экспериментальными данными. Также программа CFdesign позволяет реализовать процессы передачи между жидкостью и цилиндрической стенкой. Однако для подтверждения математической и компьютерной модели необходимо проведение натурного эксперимента на базе лабораторий «ОМД» МГТУ им. Носова и лаборатории «Инновационные методы ОМД» ЮУрГУ (НИУ). Эксперимент будет проводиться на роликовой волоке ВР-180, что обусловлено достаточно удобной конструкцией и экономической обоснованностью проведения испытаний.
Бесплатно
Статья научная
Определена температура полиморфного превращения (Тпп) в двухфазном титановом сплаве марки ВТ8 конкретного состава различными способами, а именно: методом пробных закалок, с помощью дилатометрического и дифференциального термического методов анализа. Полученные перечисленными методами анализа значения Тпп (приблизительно 1027 °С) практически не зависят от использованного способа определения. При этом фазовый состав закаленных образцов сплава ВТ8 качественно и количественно был оценен исследованиями на оптическом и на растровом электронном микроскопах, а химический - при помощи микрорентгеноспектрального анализа. Исследовано влияние температуры закалки на твердость. При этом проведено измерение твердости отдельных структурных составляющих и сплава ВТ8 в целом. Построены зависимости твердости от температуры закалки, результаты отображены в табличном и графическом виде. Найден коэффициент k в формуле для расчета температуры аллотропического превращения изученного сплава по известной температуре закалки и количеству сохранившейся α-фазы в закаленной структуре. Создан альбом микроструктур, сформировавшихся после закалки от разных температур, который позволит в производственных условиях для каждой новой партии заготовок сплава ВТ8 другого состава (но в пределах марочного) существенно сократить продолжительность предварительных работ по нахождению конкретной температуры полиморфного превращения, знание которой необходимо для назначения правильного температурного режима обработки, исключающего перегрев. Оценены возможности использованных в настоящей работе методов нахождения температуры полиморфного превращения (Тпп) для титанового двухфазного сплава ВТ8, в том числе и в производственных условиях.
Бесплатно
Статья научная
Наиболее производительным и современным является способ получения труб на трубопрокатных агрегатах с использованием непрерывных раскатных станов с удерживаемой оправкой. Производство бесшовных труб горячей прокаткой на таких агрегатах может сопровождаться возникновением дефектов на поверхности труб, что приводит к увеличению количества бракованной продукции. С учётом современного уровня техники процесс дефектообразования при производстве труб изучен недостаточно. Дефекты возникают на поверхности труб при осуществлении прокатки в станах линии трубопрокатного агрегата. Характерными видами дефектов поверхности являются раковина-вдав, плена трубопрокатная на наружной и внутренней поверхности труб, а также поперечный разрыв металла. В данной статье рассмотрено качество труб наружным диаметром в диапазоне 219÷325 мм с толщиной стенки в диапазоне значений 8÷24 мм, получаемых прокаткой на агрегатах, имеющих в линии непрерывные раскатные станы с 2- и 3-валковыми калибрами. Качество рассмотрено с точки зрения влияния технологических факторов прокатки (коэффициент вытяжки, обжатие по наружному диаметру, толщине стенки и проч.) на количество брака по отдельным видам дефектов поверхности. В качестве универсального, ранее мало изученного, по величине которого можно судить об уровне дефектности технологии, рассмотрен фактор соотношения деформаций по диаметру к деформации по толщине стенки в раскатном стане. Статистическими методами получен ряд моделей, руководствуясь которыми можно прогнозировать ожидаемый уровень брака по дефектам поверхности при производстве бесшовных труб, а также подбирать условия деформирования, минимизирующие количество брака.
Бесплатно
Статья научная
Основными параметрами при прямом прессовании проволочных и прутковых изделий, которые определяют его эффективность, являются усилие прессования и скорость истечения металла из матрицы. В настоящей работе методом обобщенного приведенного градиента решена задача по оптимизации процесса прессования проволоки из сплава ПОИн-52. Показано, что основным технологическим параметром, позволяющим существенно влиять на эффективность процесса прессования, является диаметр контейнера. Такие параметры процесса, как длина заготовки, коэффициент трения для снижения усилия прессования, должны находиться на минимальном значении, а полуугол волоки (матрицы) и скорость прессования - на максимальном значении, допустимом технологией процесса. Для проволоки диаметром 2,0 мм методом обобщенного приведенного градиента решена оптимизационная задача относительно безразмерного отношения Vист*/F* (Y1*/Y2*). Найденный оптимум (Vистmax = 2000 мм/с и F = 79 140 Н) соответствует следующим параметрам технологии изготовления проволоки диаметром 2,0 мм (Х1): длина заготовки L = 80 мм (Х2); диаметр контейнера Dкон = 24 (Х3); скорость прессования Vпр = 6 мм/с (Х4); полуугол волоки α = 75° (Х5); коэффициент f = 0,3 (Х6). В ходе исследований выявлено, что достичь снижения усилия прессования с 161 640 до 38 001 Н без изменения скорости истечения (Vистmax = 896 мм/с) можно за счет уменьшения длины заготовки с 120 до 80 мм, уменьшения диаметра контейнера с 32 до 24 мм, увеличения скорости прессования с 3,5 до 6 мм/с и полуугла матрицы с 23 до 75° при постоянном диаметре готовой проволоки DBSX = 2 мм и коэффициенте трения f = 0,3. Для выбора оптимального значения диаметра контейнера в зависимости от диаметра готовой проволоки построена номограмма.
Бесплатно
Оптимизация состава и технологии изготовления барабан-катодов медеэлектролитного производства
Статья научная
Целью данной работы является выбор оптимального состава рабочей поверхности барабан-катодов и разработка рациональных способов их изготовления. По литературным данным и на основании всесторонних электрохимических исследований (определение коррозионной стойкости потенциостатическим методом, гальваностатическое определение перенапряжения кристаллизации меди, а также моделирование процесса получения фольги) было установлено, что наилучшими показателями из исследуемых обладает сплав состава Х15Н65М20. В силу специфики условий эксплуатации барабан-катодов, дефицитности материалов для выбранного сплава, необходимости получения заготовки большого диаметра с гомогенной мелкозернистой и плотной структурой поверхности в качестве базовой технологии была принята электрошлаковая выплавка (ЭШВ). Применение сварочной технологии сделало необходимым учет двух дополнительных факторов: возможности повреждения поверхности межкристаллитной коррозией (МКК) и склонности аустенитных сплавов к горячим трещинам. Для предотвращения МКК в сплав был добавлен ниобий в традиционно достаточных количествах (до 1 %). Дополнительное введение ниобия в исследуемый сплав может привести к снижению технологической прочности. Не принимая во внимание взаимное влияние Nb, Cr и Мо, был выбран состав Х15Н69М15Б1. Сравнительные опытно-промышленные испытания барабан-катодов проводили на опытном участке фольги Кыштымского МЭЗ, которые показали работоспособность предлагаемого материала при повышенных температурах по сравнению с традиционными, что существенно повышает производительность процесса электроосаждения. Установлено, что аргонодуговая наплавка неплавящимся электродом может осуществляться в широком диапазоне режимов без применения каких-либо технологических приемов при полном отсутствии трещинообразования, что позволит изготавливать собственно обечайку из менее дефицитных материалов.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты отечественных и зарубежных исследований кинетики поврежденности металла в зависимости от деформации ползучести, послужившие основанием для разработки шкал оценки степени развития порообразования и методики прогнозирования ресурса длительно работающего теплоэнергетического оборудования по микроповрежденности. Проведено исследование поврежденности металла в реальных условиях эксплуатации на электростанциях с использованием неразрушающего контроля методом реплик свыше тысячи гибов (наиболее напряженных элементов паропроводов) из сталей марок 12Х1МФ и 15Х1М1Ф энергоблоков мощностью 200 и 800 МВт и лабораторное исследование структуры и свойств более двадцати гнутых и прямых участков труб, вырезанных из паропроводов после длительных сроков службы. Установлено, что для оценки работоспособности гибов паропроводов необходимо, в отличие от рекомендаций действующих НТД, проведение исследований непосредственно гнутых, а не прямых участков труб. Анализ полученных данных свидетельствует, что накопленная в металле микроповрежденность является интегральным критерием, отражающим работоспособность в зависимости от всех эксплуатационных факторов (температура, давление, срок работы), геометрических параметров (толщина стенки, искажение формы сечения) и состояния металла (структура, свойства) конкретного элемента оборудования. Выполненное исследование подтверждает наибольшую информативность и достоверность металлографического метода оценки поврежденности металла, подверженного деформации ползучести, для диагностирования состояния высокотемпературных элементов теплоэнергетического оборудования, определения возможности их дальнейшей эксплуатации или необходимости проведения восстановительной термической обработки.
Бесплатно
Оптимизация технологических режимов получения порошка жаропрочного сплава ЭП962П
Статья научная
Изучены температурные зависимости структурно-чувствительных свойств сплава ЭП962П в жидком состоянии. Исследовано влияние температуры максимального нагрева расплава и скорости охлаждения в жидком состоянии. На основании результатов анализа предложен режим получения порошка методом распыления вращающегося электрода. Показано, что предлагаемая технология получения порошка позволяет повысить его качество.
Бесплатно
Статья научная
Нержавеющие супермартенситные стали обладают уникальным комплексом химических и механических свойств, благодаря чему трубные изделия из них нашли свое применение в нефте- и газодобывающей промышленности. Однако такие стали склонны к появлению в их структуре полосчатости. Полосчатая структура является причиной анизотропии свойств эксплуатируемых изделий и, кроме того, способна привести к разрушению полуфабрикатов на этапе их производства. В работе исследована сталь супермартенситного класса 10Х13Н3МФБ на склонность к образованию в структуре дефекта «полосчатость». Для этого проведены термодинамические расчёты и математическое моделирование с помощью программного обеспечения Thermo-Calc-3.01. Применялись следующие функции программы: расчёт фазовых равновесий для среднего химического состава, а также для составов с максимумом аустенитообразующих при минимуме ферритообразующих элементов и с максимумом ферритообразующих при минимуме аустенитообразующих элементов. Анализ построенных термодинамических равновесий показал, что сталь 10Х13Н3МФБ имеет склонность к формированию полосчатой структуры. Для снижения вероятности появления полосчатости необходимо проводить кристаллизацию и горячую прокатку стали только в однофазных состояниях (δ-феррита и аустенита соответственно). Поэтому дальнейшие расчеты в Thermo-Calc были направлены на определение химического состава стали, при котором сплав кристаллизуется в однофазной δ-области, и установление температурного интервала горячей деформации. После анализа полученных данных предложен оптимальный химический состав стали и определены температурные интервалы горячей прокатки для среднего химического состава с различным содержанием Ni - 2, 3, 4 мас. %.
Бесплатно
Опыт экологической оценки инноваций в условиях предприятий «Группы ГАЗ»
Статья научная
Показана необходимость адаптации российских предприятий к условиям работы в рамках единого экономического пространства с европейскими странами, в частности, необходимость проведения внутреннего экологического аудита отечественных предприятий. Обсуждается методический подход к экспертизе инвестиционных проектов, ориентированных на реальное производство, основанный на доминировании ее экологической составляющей и успешно опробованный в условиях предприятий «Группы ГАЗ».
Бесплатно
Опытный стан шаговой прокатки СШР-82,5
Статья научная
Представлено описание устройства и работы опытного стана шаговой прокатки СШР-82,5, установленного в лаборатории ЮУрГУ, который предназначен для исследования технологических возможностей шаговой прокатки прямым и обратным ходом, разработки основ новой технологии шаговой прокатки.
Бесплатно
Освоение производства труб большого диаметра с повышенной деформационной способностью
Статья научная
На территории Российской Федерации до недавнего времени отсутствовала необходимость строительства трубопроводов в сейсмически активных районах. Необходимость строительства современных трубопроводов в районах повышенной сейсмичности на территории Российской Федерации обусловлена началом освоения ОАО «Газпром» новых газовых месторождений, расположенных на Дальнем Востоке и в Восточной Сибири (проект газотранспортной системы «Сила Сибири»). Для обеспечения безопасности транспорта газа на этих участках необходимо повышать деформационную способность магистральных газопроводов. В соответствии с традиционным подходом к проектированию газопровода, при пересечении трассы газопровода «сложных» участков для увеличения деформационной способности используют трубы меньшего диаметра с большей толщиной стенки. В этом случае для сохранения пропускной способности газопровода увеличивают количество ниток, что в итоге приводит к дополнительным затратам. Альтернативным решением является использование труб, обладающих высокой деформационной способностью, достигнутой за счет улучшения свойств основного металла, так называемых труб с повышенной деформационной способностью. Рассмотрены особенности проектирования магистральных трубопроводов на участках с повышенной сейсмичностью, слабонесущими, вечномерзлыми и пучинистыми грунтами, в районах активных тектонических разломов. Рассмотрены преимущества использования труб с повышенной деформационной способностью на данных участках, их отличительные свойства и способы производства. На основе проведенных исследований изложены пути получения листового проката, а в дальнейшем и труб с повышенной деформационной способностью и высокими вязкими свойствами сварных соединений. Приведены результаты изготовления опытных партий листового проката и труб.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена анализу термической обработки чугунных изделий. Указано, что термическая обработка проводится для снятия внутренних напряжений, графитизации, обезуглероживания, изменения структуры и уровня свойств. В ходе экспериментов определены технологические параметры термической обработки центробежнолитых валков с рабочим слоем из хромникельмолибденового чугуна, которые необходимы для разработки эффективного процесса в специальных газовых печах с выдвижным подом. В работе показано, что такая обработка способствовала снятию в валках остаточных напряжений после литья. Целью настоящей работы является изучение влияния термической обработки на структуру, уровень твердости и напряженное состояние листопрокатных валков. Исследования валков в литом состоянии показали, что в зависимости от соотношения химических компонентов в составе анализируемого чугуна и скорости охлаждения отливки имели место различные структурные комбинации матрицы с включениями вторичных карбидов. В зависимости от их количественного соотношения изменялся уровень твердости. Результаты исследований напряженного состояния анализируемых отливок методом измерения коэрцитивной силы показали неравномерное распределение ее значений вдоль рабочей поверхности бочки валка. Предложенный в работе режим низкотемпературного отжига (Т = 673 К) позволил получить более однородную структуру рабочего слоя валков. В результате уменьшилась неоднородность свойств вдоль его поверхности в 2 раза по сравнению с литым состоянием.
Бесплатно
Осевое усилие при поперечно-винтовой прокатке
Статья научная
Показано что, ключевым фактором для практической реализации идеи совмещенного процесса «поперечно-винтовая прокатка-прессование» является осевое усилие при поперечно-винтовой прокатке, которое должно обеспечивать непрерывное прессование в матрице за валками. Для измерения максимального осевого усилия, которое, по сути, является резервом сил трения, был изготовлен специальный тензометрический датчик. Работа была выполнена на трёхвалковом стане поперечно-винтовой прокатки «10-30» для случая горячей прокатки стальных прутков с диаметрами 16-25 мм при обжатии 6 % по диаметру и температуре 1000 °C. Результаты представлены по 24 опытам. По данным исследования показано, что, главную опасность при поперечно-винтовой прокатке и прессовании представляет не недостаток усилия, а возможность изгиба заготовки между валками и матрицей. Обоснована возможность повышения усилия за счет использования валков с насечкой при максимальном обжатии. Проведено сравнение полученных результатов с исследованиями усилия прошивки похожих профилей на трёхвалковых станах. Обоснованы перспективы оптимизации процесса прошивки сплошных заготовок в гильзу за счет использования результатов исследования, особенно в части сведений о резерве усилия (сил трения) поперечно-винтовой прокатки.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлен краткий обзор достижений и результатов исследований отдела бесшовных труб ИЦ ТМК в области обработки металлов давлением по следующим основным направлениям: винтовая прокатка, продольная прокатка, волочение и прессование. Также показано, что, согласно современным тенденциям, на различных этапах работы проводится компьютерное конечно-элементное моделирование и цифровизация данных процессов. Большинство научных разработок внедряется в действующее и перспективное производство на российских трубопрокатных предприятиях, что позволяет повысить конкурентное преимущество отечественной трубной продукции, осваивать новые виды продукции и повышать технологический суверенитет страны.
Бесплатно
Основные уравнения континуальной теории уплотнения порошков с особыми свойствами
Статья научная
Представлен анализ опыта применения известных базовых уравнений континуальной теории для описания процессов уплотнения порошков с особыми свойствами.
Бесплатно
Статья научная
Увеличение спроса на бесшовные трубы из коррозионностойких марок стали аустенитного класса способствует непрерывному совершенствованию трубопрокатных технологий. В статье представлены результаты комплексного исследования и разработки технологии прокатки товарных длинномерных труб из непрерывно-литой заготовки (НЛЗ) нержавеющих марок стали аустенитного класса на ТПА с непрерывным станом с контролируемо-перемещаемой оправкой. Для определения пластических и прочностных свойств нержавеющих марок стали в линии ТПА использованы данные результатов экспериментов на комплексе Gleeble 3800 «ЮУрГУ». В исследовании использованы результаты компьютерного моделирования в программном комплексе QForm 3D, а также результаты физического моделирования на современных лабораторных станах винтовой и продольной прокатки. Разработана технология подготовки НЛЗ из нержавеющих марок стали, позволяющая полностью устранить все недостатки литой структуры металла. Наличие рифления на поверхности рабочего конуса оправки полностью решило проблему низкой стойкости оправок при прошивке нержавеющих марок стали. Разработанная и внедренная в промышленное производство на АО «Волжский трубный завод» (АО «ВТЗ») технология прокатки НЛЗ марок стали 08-12Х18Н10Т позволяет получать длинномерные трубы специального назначения высокого качества внутренней и наружной поверхности с требуемым набором эксплуатационных свойств. Актуальность темы заключается в необходимости импортозамещения труб специального назначения из труднодеформируемых марок стали, которые в РФ ранее закупались только за рубежом.
Бесплатно
Особенности вертикальной прокатки упруго-вязких материалов
Статья научная
В основе производства абразивного инструмента лежат процессы получения многокомпонентных связок и упруго-вязких материалов, приготовления абразивных смесей и формования из них готовых изделий методами обработки материалов давлением. Вместе с тем процесс валкового смешивания из упруго-вязких материалов является узким местом и является одной из наиболее трудоемких и энергоемких операций. Недостаточная изученность процесса прокатки такого рода материалов затрудняет разработку эффективных технических решений, которые бы позволили полнее реализовать потенциальные возможности технологии и оборудования. Поэтому научно обоснованное определение основных параметров с учетом особенностей используемой схемы прокатки и реологии материала является актуальным. Рассмотрены элементы теории прокатки абразивной упруго-вязкой массы в очаге деформации, образованном валками, оси которых находятся в горизонтальной плоскости, а прокат расположен в вертикальной плоскости. Приведены кинематические параметры процесса прокатки и геометрические параметры очага деформации, которые могут быть использованы в других отраслях промышленности связанных с производством смесей из упруго-вязких материалов. Аналитические зависимости по всем аспектам процесса прокатки в качественном отношении хорошо согласуются с имеющейся опытной информацией.
Бесплатно
Особенности дефектов при прокатке тончайших лент и фольг
Статья научная
Авторами анализируются основные причины образования дефектов и методы, предотвращающие появление брака. Правильный подбор необходимых режимов прокатки ленты усложняется вследствие особенностей прокатываемого материала с памятью формы - нитинола. Никелид титана обладает способностью присоединять газы (азот, кислород) и подвержен окислению. В статье рассматриваются дефекты, образующиеся при прокатке на многовалковых станах. Среди них - двухсторонний гофр, коробоватость, появление пузырей, волнистость, разнотолщинность. Основные негативные факторы, являющиеся источниками возникновения указанных дефектов, могут быть парированы правильной профилировкой валков (волнистоть), выставлением верных режимов обжатия (двухсторонний гофр), пересборкой основных узлов стана (биение, коробоватость). При прокатке труднообрабатываемых материалов следует проводить анализ текстуры ленты для фиксирования источников возникновения брака. Настройка прокатного оборудования должна включать в себя не только режимы прокатки (скорость, величина обжатия, натяжения на барабанах моталок), но и работу с рабочими валками, включающую высокоточную обработку поверхности бочек, шейки.
Бесплатно
