Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 885
Статья научная
Разработана методика проведения металлографических исследований и коррозионных испытаний оцинкованных труб и профилей. В ходе работы исследована зона сварного соединения труб и профилей произведенных из оцинкованного рулонного проката сваркой токами высокой частоты (ТВЧ) на непрерывном трубо-электросварочном агрегате. Определен общий характер и степень повреждения антикоррозионного покрытия в зоне сварного соединения. Установлено, что характер повреждения во всех исследованных образцах одинаков, степень повреждения по ширине и глубине покрытия различна и зависит от режима сварки. На наружной поверхности в большинстве случаев дополнительное цинковое покрытие деформируется и утоняется в результате калибрования-профилирования. Проведены коррозионные испытания с использованием методов ускоренных испытаний. Оценено влияние степени разрушения покрытия в зоне сварного соединения на коррозионную стойкость. Выполнен сравнительный анализ коррозионной стойкости области поврежденного покрытия сварного соединения и стойкости основного покрытия основного металла трубы. Оценена коррозионная стойкость сварных соединений труб и профилей разных сплавов цинкового покрытия. Область повреждения цинкового покрытия в зоне сварного соединения является очагом развития коррозии основного металла. В определенных условиях коррозионная стойкость различна и зависит от степени разрушения покрытия. Чем шире и глубже область поврежденного покрытия, превышающим действие анодной защиты, тем больше очагов коррозии основного металла.
Бесплатно
Оценка влияния осевой настройки на прочность оправок раскатного стана
Статья научная
Современные трубопрокатные агрегаты, как правило, оснащаются станами продольной прокатки с удерживаемой оправкой типа станов PQF (Premium quality finishing) и FQM (Fine Quality Mill). Используемая оправка, как правило, достигает 10-12 м и изготавливается из специальных марок стали, стойких к истиранию, с повышенной прочностью. В процессе эксплуатации оправка при заполнении очага деформации проходит через все клети и фиксируется на определенном расстоянии. При прокатке труб большое внимание уделяют настройке стана как по технологическим режимам, так и по расположению клетей относительно оси прокатки. За время эксплуатации стана в силу наличия люфтов, вибраций и других негативных факторов ось клетей может смещаться, что приведет к изгибу оправки, повышенному износу инструмента, а также накоплению остаточных напряжений в оправке. Все это создаст условия к снижению эксплуатационного ресурса дорогостоящего инструмента. В связи с этим в работе рассмотрено влияние осевой настройки клетей стана PQF на величину напряжений в оправке. В ходе выполнения работы были получены регрессионно значимые уравнения влияния осевой настройки на уровень напряжений в оправке.
Бесплатно
Оценка влияния пористости на напряженно-деформационное состояние стальной плиты
Статья научная
Рассмотрены особенности образования пористости в ходе затвердевания литой плиты из высоко марганцовистой стали. Предложена модель оценки влияния данного вида дефекта на напряженно-деформационное состояние плиты, возникающее в результате ударных нагрузок рудоподготовительных дробилок. Методом конечных элементов в программном пакете DEFORM рассчитаны эквивалентные напряжения в характерных сечениях плиты для различных параметров макропор круглого сечения.
Бесплатно
Оценка влияния различных факторов на качество горячекатаных труб
Статья научная
Определены основные факторы, влияющие на качество горячекатаных труб, а именно точность геометрических размеров проката. Выделены два основных параметра, влияющих на продольную кривизну труб. Проведена численная оценка влияния разницы диаметров бочки валков двухвалковой клети и смещения одного валка вдоль оси прокатки на кривизну труб. Для этого проведено моделирование процесса прокатки труб в одной двухвалковой клети с калибровкой валков, соответствующей калибровке предпоследней клети извлекательно-калибровочного стана. Моделирование производилось с различной величиной диаметра бочки одного валка и различной величиной смещения одного валка вдоль оси прокатки. Анализ геометрии модели трубы после прокатки показал ощутимое влияние на ее кривизну данных факторов. Произведена обработка результатов моделирования, и обработка данных позволила получить зависимости отклонения от прямолинейности труб от разницы между диаметрами бочек валков. Также получена зависимость отклонения от прямолинейности труб от величины смещения одного валка вдоль оси прокатки. Полученные в результате данной работы формулы и зависимости могут быть использованы в дальнейшем при настройке трубопрокатного стана, что позволит в значительной степени повысить качество выпускаемой продукции. Особенностью данной работы по определению влияния различных факторов на кривизну трубы при ее деформации заключается в том, что оценка влияния проводилась при помощи моделирования с применением метода конечных элементов. Проведенное исследование не является полным и в дальнейшем будет дополнено результатами оценки влияния отклонения трубы от прямолинейности на условия захвата трубы валками последующей клети извлекательно-калибровочного стана.
Бесплатно
Статья научная
Представлена и обоснована задача исследования синергии процессов прессования с боковым истечением и редуцирования с целью выполнения профиля поперечного сечения труб готового размера. Так сформулирована цель компьютерного моделирования совмещенного процесса прессования с боковым истечением и редуцирования при использовании оригинальных устройств. Представлены результаты исследования совмещенного процесса с применением программного продукта для моделирования и оптимизации процессов обработки металлов давлением Deform-3D. Показано численное изменение значений толщины стенки трубы в сравнении с номинальным значением, и предварительно обоснована эффективность совмещения процессов бокового прессования - редуцирования. В дополнении к оценке выполнения профиля поперечного сечения трубы определено изменение усилия прессования на первом и втором этапах совмещенного процесса. В заключении показано повышения точности геометрических размеров трубы при комбинировании процесса редуцирования с прессованием и определено изменение относительной разностенности в зависимости от межклетевого расположения сечения трубы. Выполненная оценка возможности повышения точности геометрических размеров труб за счет совмещения процессов бокового прессования и редуцирования в первом приближении обосновывает эффективность развития направления совмещения процессов обработки металлов давлением.
Бесплатно
Статья научная
В статье указывается на проблему неоднородности зерна, вызванную диссипацией напряжений и неоднородной проработкой всего сечения. Для снижения неоднородности деформации в работе предлагается использовать принудительное подстуживание для создания более горячей и податливой для деформации середины. При этом в работе отмечается, что подстуживание может приводить к захолаживанию торца. Для оценки температурного поля в заготовке разработана математическая модель охлаждения на заготовке, основанная на решение уравнения теплопроводности методом конечных разностей. При решении использована четырехточечная неявная схема Самарского. Задача решена в цилиндрической системе координат и учитывает охлаждение как в радиальном направлении, так и по длине. В качестве граничных условий использованы условия симметрии, равенство производной от температуры по координате нулю и на поверхности смешанное граничное условие, учитывающее излучение согласно закону Стефана - Больцмана и конвективный теплообмен согласно закону Ньютона - Рихмана. Для снижения захолаживания торца предложено использовать экранирование излученной энергии. Приводится формула для оценки условной степени черноты с учетом отраженной экраном энергии. В статье выполнены расчеты поля температур по приведенной в работе методике. Также дана оценка разности сопротивления пластической деформации согласно закону Зинера - Холомона при условии постоянной степени и скорости деформации. Сделан вывод о бесперспективности применения подстуживания заготовки описанным способом в целях борьбы с неоднородностью. Также после проведения расчета было выявлено, что кратковременное подстуживание заготовки с применением экранов может приводить к выравниванию поля температур по длине заготовки.
Бесплатно
Краткое сообщение
Исследована возможность насыщения оксидом магния сталеплавильного шлака и одновременного введения свежевосстановленного железа в металлический расплав при использовании композиционного металлофлюса, полученного из сидеритовой руды.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты компьютерного моделирования процесса перемешивания электролитического раствора в разработанной портативной установке для получения медной фольги, предназначенной для исследовательских целей. Перемешивание электролитического раствора при получении медной фольги путем электролиза необходимо для поддержания постоянной концентрации ионов меди у поверхности барабана, погруженной в электролит. Это один из контролируемых параметров, влияющих на толщину и качество получаемой полосы, а именно, за счет перемешивания электролитического раствора и поддержания тем самым постоянного состава электролита в зазоре между катодом и анодом частицы меди оседают на поверхность барабана более равномерно, вследствие чего фольга получается с более однородной структурой и одинаковой толщиной по всей длине барабана-катода. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить потери при формировании конечной ширины готовой полосы. В рамках работы было проведено исследование влияния конструктивных элементов емкости для электролита портативной установки для получения электролитической фольги на перемешивание электролитическим раствором. Для оценки зависимости перемешивания электролитического раствора от количества и расположения впускных и сливных отверстий в ванне электролизера моделирование процесса перемешивания электролита проводилось в интегрированном пакете SolidWorks Flow Simulation. Для этого было подготовлено несколько конфигураций ванны для электролита, отличающихся количеством и расположением входных и сливных отверстий. В результате проведенного исследования был сделан вывод о том, зависит ли процесс перемешивания электролита в ванне электролизера от ее конфигурации.
Бесплатно
Оценка изнашиваемости рабочих валков чистовой группы НШПС-1700 АО «АрселорМиттал Темиртау»
Краткое сообщение
Уменьшение изнашиваемости валков - важный резерв совершенствования прокатного производства. В настоящее время при прокатке на стане НШПС-1700 АО «АрселорМиттал Темиртау» металла всех назначений в клетях чистовой группы № 6-8 используются рабочие валки исполнения Hi-Cr, а в клетях № 9-12 - валки исполнения ICDP. При помощи прибора ИД 05009 определяли исходный и изношенный профили валков. Измерения производили после перевалок валков, после их остывания, непосредственно перед шлифованием. Точность измерений составляла ±0,01 мм. Фиксировали количество и сортамент прокатанного на валках металла, марки сталей, диаметры валков, их химический состав и твердость. В целом в работе проведена оценка изнашиваемости рабочих валков чистовой группы НШПС-1700 с использованием геометрического, кинематического и энергетического показателей изнашиваемости. Энергетический показатель изнашиваемости универсален, так как учитывает уменьшение размера тела от единицы работы сил трения на единице поверхности валка. Кинематический показатель изнашиваемости учитывает уменьшение радиуса валка относительно единицы пути трения поверхности валка. Изменение геометрических показателей изнашиваемости валков с одинаковыми свойствами на различных клетях говорит о необходимости более полного учета технологических факторов, которые учитывались при расчете кинематического и энергетического показателей.
Бесплатно
Оценка износостойкости композиционных материалов и изготовленных из них шлифовальных кругов
Краткое сообщение
При разработке инструмента большое внимание уделяется экспериментальным методам поиска оптимальных решений. Аналитическое прогнозирование износостойкости, прочности кругов в настоящее время не обеспечивает достоверного результата. В этой связи совершенствование методов контроля физико-механических параметров композиционных материалов и изготовленных из них шлифовальных кругов имеет актуальное значение. Коэффициент шлифования, скорость резания и скорость износа абразивных кругов зависят как от качества и характеристик упруго-вязкой абразивной смеси, из которой сделан круг, так и от условий его эксплуатации. Для установления зависимости эксплуатационных свойств круга от качества многокомпозиционной упруго-вязкой абразивной смеси необходима регламентация условий испытания (режимов шлифования), которую не обеспечивают известные методы испытания. Разработана методика оперативной оценки динамики изменения служебных свойств абразивных кругов по мере их эксплуатации. Установлено, что по мере эксплуатации служебные свойства круга снижаются в результате уменьшения отношения окружной скорости круга к скорости радиальной подачи. Информация, которую позволяет получить предлагаемая методика испытания кругов, может быть использована в качестве основы при принятии решений по совершенствованию композиционной абразивной массы круга и для проектирования режимов шлифования.
Бесплатно
Оценка материалов керамических тиглей для выплавки химически активных металлов и сплавов
Статья научная
Рассмотрены сравнительные характеристики термохимической устойчивости огнеупорных оксидов, которые могут найти практическое применение в качестве материалов керамических тиглей для плавки интерметаллидных титан-алюминиевых сплавов.
Бесплатно
Оценка опасности угловых концентраторов в сварных соединениях из хрупких материалов
Краткое сообщение
На основе подходов механики разрушения рассмотрены угловые концентраторы сварных соединений, к которым относят подрезы, не полностью заваренную V-образную разделку кромок, резкие переходы от усиления шва к основному металлу и т. д. Получены аналитические зависимости, позволяющие проводить оценку опасности рассматриваемых дефектов и их нормирование.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты физического моделирования коэффициента трения скольжения с использованием лабораторного трибометра. Приведены: описание используемого оборудования, принцип его работы, алгоритм проведения экспериментального исследования, зависимости, определяющие основные параметры механической системы. Целью исследования являлась оценка определяющих параметров, влияющих на результат при постановке задачи применительно к процессам обработки металлов давлением. В частности исследовано влияние на коэффициент трения величины усилия, действующего на пару трения. Выполнена статистическая обработка экспериментальных данных: показано, что в установившемся режиме работы трибометра полученные значения коэффициента трения соответствуют многомодульному распределению. На основе корреляционного анализа установлена связь между значениями усилия и коэффициента трения. Получена эмпирическая зависимость изменения коэффициента трения от давления, характер которой согласуется с известными в литерных источниках результатами. Таким образом, показано, что при моделировании коэффициента трения на рассматриваемом трибометре следует учитывать значимость фактора давления, действующего на пару трения. Приведен пример постановки задачи физического моделирования коэффициента трения скольжения с использованием трибометра для процесса волочения труб на оправке.
Бесплатно
Оценка пластических свойств и методика определения индекса текучести песчано-глинистых смесей
Краткое сообщение
Рассматривается вопрос оценки пластических свойств единых формовочных смесей. Разработана методика определения «индекса» текучести. Разработанная методика позволяет более точно определить влияние различных добавок (особенно при их малых количествах) на пластические свойства смесей и выбирать оптимальное количество добавок для получения качественных форм с четким отпечатком модели и требуемыми физико-химическими свойствами смесей.
Бесплатно
Оценка работоспособности сварных тройников при уменьшении строительных длин
Краткое сообщение
Приведены результаты моделирования механического поведения сварных тройников. Установлен уровень снижения прочности и ресурса работоспособности сварных тройников при уменьшении их строительных длины.
Бесплатно
Оценка точности формоизменения концов труб при калибровании
Статья научная
Основным назначением обсадных труб является армирование скважины, обеспечение ее герметичности и сдерживание давления грунта. В последнее время все чаще используют обсадные трубы с высокогерметичным резьбовым соединением. К таким соединениям относится, в частности, соединение класса «Премиум» TMK UP FMC. В связи с этим к обсадной трубе предъявляются повышенные требования как по концам труб, так и по механическим свойствам. Для обеспечения выполнения качественной нарезки резьбы необходимо подготавливать концы труб, например, с использованием прессов по калиброванию концов. В настоящее время в практике калибрования концов используют различные способы, такие как раздача внутренним кольцом (пуансоном), обжатие наружным кольцом, совместное использование внутреннего и наружного кольца, а также может быть использован конический пуансон. В зависимости от типа используемого инструмента и исходной геометрии труб используются различные схемы калибрования. В результате выполнения работы проведено моделирование в среде QForm 3D различных стратегий калибрования концов труб для определения эффективности применения различных способов калибрования концов труб: стратегия A - последовательное формоизменение концов труб с использованием пуансона, наружного и конического кольца; стратегия B - совместное использование пуансона и наружного кольца с последующей конической калибровкой; стратегия С - последовательное формоизменение концов труб с использованием пуансона и наружного кольца с последующей конической калибровкой; стратегия D - формоизменение концов труб только коническим кольцом. В результате исследования, на основе сравнительного анализа фактических и расчетных данных была достигнута необходимая точность в определении геометрических параметров (диаметра и толщины стенки) компьютерной модели. Также в ходе исследования сделан ряд выводов, которые представлены в Заключении.
Бесплатно
Статья научная
Производство цветных металлов приводит к образованию большого количества техногенных отходов и кислых стоков, содержащих катионы тяжелых металлов. Проблема реабилитации загрязненных территорий является актуальной для Челябинской области, особенно для Карабашского промышленного района. Использование сорбционных технологий для очистки протяжённых природных объектов в настоящее время сдерживается из-за отсутствия эффективных материалов. Синтезированный новый композиционный сорбент характеризуется необратимой сорбцией катионов тяжёлых металлов, не требует дополнительной химической обработки при эксплуатации и обладает способностью к минерализации, поэтому не требуется его утилизация. Исследована возможность использования композиционного сорбента при иммобилизации катионов тяжёлых металлов из водных объектов и грунтов города Карабаш. Показана высокая эффективность сорбционной технологии. На объектах с высокой степенью загрязнения через неделю достигнуты нормативные показатели по содержанию загрязнителей первого и второго класса опасности, таких как мышьяк, кадмий, свинец, цинк. Рекомендовано использовать композиционный сорбент для очистки водных объектов и грунтов, а также для отсыпки дна технологических водоёмов и территорий шламохранилищ предприятий цветной металлургии.
Бесплатно
Оценка эффективности метода непрерывного деформационного наноструктурирования проволоки
Статья научная
На примере высокоуглеродистой проволоки диаметром 3,0 мм исследованы особенности изменения механических свойств и измельчения структурных составляющих в ходе реализации разработанного метода непрерывного деформационного наноструктурирования «кручение - волочение» совмещением деформаций растяжения, сжатия и кручения. Предложена система критериев для оценки эффективности разработанного метода непрерывного деформационного наноструктурирования проволоки.
Бесплатно
Оценка эффективности режимов термообработки сварного соединения при помощи Sysweld
Статья научная
Представлена методика определения поля остаточных напряжений после сварки и термообработки на примере сварного соединения пластин при помощи программного пакета Sysweld, реализующего метод конечных элементов. При расчётах были учтены как изменяющиеся в результате нагрева механические упругие и пластические характеристики стали, изменение структурного состава при сварке и термообработке, так и траектория и скорость движения теплового пятна. Рассмотрены три различных режима термической обработки после сварки: неполный отжиг, нормализация с остыванием на воздухе и полный отжиг с последующим медленным (вместе с печью) остыванием конструкции. Уровни остаточных эквивалентных напряжений, формирующиеся после сварки и каждого из рассмотренных режимов после термической обработки, оказались ожидаемо различными. Нормализация и неполный отжиг позволили значительно снизить уровень остаточных напряжений, однако наиболее эффективной термической обработкой с точки зрения снижения остаточных напряжений является полный отжиг и последующее медленное (вместе с печью) остывание конструкции. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что для наиболее эффективного снижения остаточных напряжений, необходима структурная и фазовая перекристаллизации, происходящие при нагреве конструкции выше критической температуры Ас 3.
Бесплатно
Статья научная
При изучении поведения хрупких тел, какими являются стержни и формы из синтетических формовочных смесей, при изменении их линейных и/или объемных размеров важная роль принадлежит двум характеристикам материалов - коэффициенту Пуассона и параметру Грюнайзена Gr. Первый из них () характеризует стремление материала сохранять в процессе упругой деформации свой первоначальный объем. Второй - параметр Gr является мерой ангармоничности сил, действующих между атомами (молекулами) твердого тела. На практике используется акустический параметр Grак и термодинамический Grт. Для синтетических смесей важную роль играет Grт, когда в форму заливается жидкий металл и возникает большой градиент температур на границе металл - форма (стержень), усадочные процессы, изменение линейных размеров. В работе предложены оценочно-аналитические выражения для оценки и расчета коэффициента надежности Nd литейных форм и стержней из синтетических смесей с учетом ангармонизма и использования параметра Грюнайзена GrL. Полученные зависимости позволяют прогнозировать возможность получения качественных отливок на стадии расчетов и разработки технологического процесса их изготовления.
Бесплатно
