Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 885
Статья
Бесплатно
Предотвращение трещин в литых заготовках за счет учета дилатации в процессе их термической обработки
Статья научная
Работа посвящена изучению механизма образования трещин в крупных стальных отливках в период их изготовления и термической обработки. Приведены данные по реальной промышленной отливке, а также технологические режимы, позволяющие предотвратить образование трещин при её изготовлении и термической обработке.
Бесплатно
Статья научная
Получение стали в электрических печах является крупномасштабным металлургическим производством, в результате которого образуются техногенные отходы - пыль. Данный вид отходов содержит ценные металлы (железо и цинк), что требует разработки технологий ее переработки с целью извлечения ценных элементов в самостоятельные продукты. При разработке пирометаллургической технологии переработки пылей были использованы методы математического моделирования для анализа физико-химических взаимодействий компонентов шихты (пыли и флюсов) при плавке в кольцевой печи и выбора оптимального температурного режима и соотношения сырьевых материалов. Объектом исследований явились образцы железоцинксодержащей пыли ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Показано, что железо и цинк в пыли содержится в виде ZnO.Fe2O3, однако большая часть цинка находится в виде ZnO. Модель восстановительного процесса была сформирована с помощью программного комплекса «Селектор», представлена 7 резервуарами, имитирующими различные зоны кольцевой печи. В модель был введен 21 независимый компонент (элемент), отвечающий химическому составу сырья, флюсов и воздуха: Al, C, Ca, Fe, K, Mg, N, Na, P, S, Si, Ti, Mn, Cu, Pb, Ni, Cl, Cr, Zn, H, O. Результаты лабораторных исследований подтвердили данные моделирования по химическому составу гранулированного чугуна и сконденсированного оксида цинка и их извлечению в данные целевые продукты. Была разработана и предложена технологическая схема переработки техногенного сырья электросталеплавильного производства. Предлагаемая технология позволит использовать получаемый гранулированный чугун в качестве заменителя металлического лома при производстве стали в электропечах, что отвечает стратегии развития черной металлургии России на период 2014-2022 гг. и на перспективу до 2030 г.
Бесплатно
Применение нейронной сети Yolo для определения дефектов на бесшовных кольцах
Статья научная
В настоящее время контроль качества изделий является основным направлением для отечественных предприятий. Своевременный контроль продукции позволяет предотвращать потенциальные потери, а также уменьшает риск возникновения претензий со стороны потребителей. К сожалению, из-за больших объемов производства и нехватки квалифицированных сотрудников не все отечественные предприятия могут обеспечить стопроцентный контроль продукции. Зарубежные компании давно нашли выход из этой ситуации. Крупные предприятия, такие как Porshe и BMW, используют системы на основе искусственного интеллекта для контроля продукции. Для российских предприятий введение искусственного интеллекта является относительно новым, но популярным направлением. Цель исследования - изучить возможности применения нейронных сетей для определения дефектной продукции. В ходе исследования была изучена технология AI.SEE, проанализирована технология производства бесшовных колец (выделены недостатки производства), а также методика обучения нейронной сети YOLO. Также была поставлена и решена следующая задача: разработать модель (на основе компьютерного зрения), которая будет определять и визуализировать наличие дефекта на бесшовных кольцах. Проведенное исследование показало, что модель, обученная на готовых весах YOLO, может с высокой точностью 80…90 % определить наличие дефектов на кольцевых поковках. Но стоит отметить, что, несмотря на высокую точность определения дефектов, модель требует ряд доработок для более стабильной и качественной работы. Использование подобной модели может значительно улучшить процессы контроля на производстве. Стоит отметить, что полученные результаты могут быть полезны для компаний, занимающихся производством колец, и способствовать повышению эффективности и надежности производственных процессов для дальнейшего внедрения подобной системы.
Бесплатно
Применение радиально-ковочной машины SKK-14 для холодной и горячей ковки труб
Статья научная
Изложены основные результаты исследований по разработке и исследованию опытной технологии радиальной ковки труб редуцированием и на оправке с использованием радиально-ковочной машины (РКМ) SKK-14 австрийской фирмы GFM. При выполнении работы использованы материалы фирмы GFM, переданные ООО НПП «МЕТЧИВ» в качестве технической документации к поставленной (РКМ) SKK-14, а также результаты опубликованных экспериментальных и теоретических исследований по получению труб путем прокатки и радиальной ковки. Приведены технические характеристики, технологические возможности, описаны особенности устройства и принципа работы механизмов радиально-ковочной машины (РКМ) SKK-14 ООО НПП «МЕТЧИВ» при горячей и холодной ковке труб без оправки путем редуцирования и на оправке. Представлены основные известные рекомендации по режимам обжатий, параметрам инструмента и требованиям к нему, касающиеся конусности оправки, смазки оправок и внутренней поверхности труб перед деформацией. Описаны результаты освоения опытных технологий редуцирования труб без оправки, а также горячей и холодной ковке труб на оправке. Даны рекомендации по совершенствованию инструмента, оснаст¬ки, смазки и технологических режимов ковки. Опыт освоения ковки бесшовных труб на РКМ SKK-14 используется при разработке и практической реализации технологических схем их производства, включающих сочетание процессов получения гильз путем прошивки сплошных заготовок пластической деформацией или сверлением путем удаления стружки, горячего и холодного редуцирования без оправки, горячей и холодной ковки на оправке. Отмечены перспективные области применения РКМ SKK-14 при ковке труб, связанные с малотоннажным производством труб специального назначения, имеющих постоянные и переменные наружные и внутренние диаметры по длине из малопластичных, труднодеформируемых сплавов черных и цветных металлов.
Бесплатно
Статья научная
Титановые сплавы и высоколегированные нержавеющие стали достаточно проблематично обрабатывать волочением в монолитных волоках. Связано это с особенностями трения скольжения на контакте «инструмент - обрабатываемый материал» и наличием тянущего усилия, приложенного к переднему концу проволоки в процессе пластической деформации. При деформации титановые сплавы сильно упрочняются с потерей пластических свойств. Это вызывает необходимость применять частые промежуточные отжиги. Роликовое волочение можно рассматривать как одно из перспективных направлений совершенствования технологии изготовления проволоки и фасонных профилей из труднодеформируемых сплавов. В настоящей работе разрабатывается инструмент и технологии, обеспечивающие изготовление простых и фасонных профилей из труднодеформируемых сплавов роликовым волочением. Предложены и приведены конструкции роликовых волок со смещенными по оси волочения парами горизонтальных и вертикальных роликов, позволяющие изготавливать проволоку простого и фасонного профилей диаметром от 0,5 до 12,0 мм. В роликовых волоках представленной конструкции можно получать круглый, прямоугольный, шестигранный и другие виды профилей, в том числе фасонные. Для этого могут быть использованы калибровки «круг - овал - круг», «круг - ромб - гладкая бочка» и другие. Показаны технологические решения по изготовлению шестигранного профиля S = 2,2 мм из заготовки труднодеформирумых сплавов 09Х16НЧБ, 12Х18Н10Т, ВТ16 различного диаметра. Для повышения ресурса эксплуатации волок ролики, изготовленные из термообработанной стали марки Х12МФ, рекомендовано упрочнять путем нанесения на рабочую поверхность функционального покрытия из сплава WC-10Co-4Cr детонационным напылением с последующим проплавлением этого слоя лазером. Исследования, проведенные на образцах, показали семикратное повышение износостойкости по сравнению с аналогичными, подвергнутыми только традиционной для Х12МФ термической обработке в виде закалки с отпуском.
Бесплатно
Применение сварки для изготовления кольцевых заготовок из жаропрочных никелевых сплавов
Статья научная
Кольцевые детали, изготавливаемые из трудносвариваемых жаропрочных дисперсионно-твердею¬щих никелевых сплавов, в настоящее время производятся в раскатном варианте. Применение таких технологических процессов является вынужденным решением, к которому прибегают из-за низкого качества сварных соединений. Изыскание технологии изготовления таких колец в сварном варианте является весьма актуальной задачей. Основными трудностями сварки этих сплавов являются их низкие механические свойства металла шва и жаропрочность. Предложено для изготовления кольцевых заготовок из никелевых жаропрочных сплавов применять электрошлаковую сварку комбинированным электродом, осуществляемую одновременным вводом в шлаковую ванну неплавящегося и плавящегося электродов. Сварка осуществляется под флюсом АНФ-21 на установке, созданной на базе унифицированных узлов электрошлаковых аппаратов и источника ТШС-3000. Для повышения свойств металла шва применено модифицирование его ультрадисперсными тугоплавкими частицами карбонитрида титана (0,04 %) с помощью нетоковедущей порошковой проволоки на никелевой основе. Установлено, что механические свойства модифицированного металла шва значительно повысились и превышают требования технических условий, в том числе длительная прочность превышает требуемую более чем в два раза. Показано, что модифицирование приводит к подавлению столбчатого характера кристаллизации, измельчению кристаллической структуры литого сплава, улучшению морфологии и топографии карбидных фаз, совершенствованию γ’-фазы, что обуславливает повышение механических свойств металла шва и его жаропрочности.
Бесплатно
Статья научная
В условиях продолжающейся интенсификации процесса прошивки на двухвалковых станах поперечно-винтовой прокатки важной и актуальной задачей является определение усилий и моментов, действующих на рабочий инструмент прошивного стана. Данная работа посвящена совершенствованию и раскрытию положений энергостатического метода определения интегральных характеристик процессов обработки металлов давлением, впервые сформулированного и развитого Выдриным Владимиром Николаевичем в своих трудах, применительно к процессу прошивки на двухвалковых станах поперечно-винтовой прокатки с направляющими приводными дисками. На основе положений энергостатического метода, получена система уравнений для определения нормального давления на валках, оправке и направляющих приводных дисках двухвалкового стана винтовой прошивки, на каждом полушаге осевой подачи заготовки. Уравнения, входящие в систему, получены с учетом геометрических особенностей очага деформации (искажение, вызванное сложной геометрией рабочего инструмента и поворотом валков на углы подачи и раскатки) и кинематических особенностей процесса. В работе проведен анализ возможных вариантов векторных диаграмм скоростей точек на контактных поверхностях металла с направляющими приводными дисками в зависимости от характера возможных зон скольжения. Результаты данного анализа использовались для учета отклонения удельных сил трения от осевого направления на контактных поверхностях металла с дисками. Отмечено, что для станов, где используется схема со свободновращающейся оправкой, для разрешения полученной системы уравнений необходимо использовать дополнительные условия. В качестве примера приводится использование зависимостей для определения контактного давления на валках при винтовой прошивке.
Бесплатно
Примеси кремния в ОЦК-железе: ab-initio моделирование свойств и энергетических параметров
Статья научная
В программном пакете WIEN2k проведено первопринципное моделирование равновесной структуры и свойств атомов кремния, растворенных в ОЦК-железе. Для расчетов использовался полнопотенциальный метод линейных присоединенных плоских волн LAPW, с учетом обобщенного градиентного приближения PBE-GGA, в суперячейке из 54 атомов железа с периодическими граничными условиями. Это наиболее точный метод, используемый в рамках теории функционала плотности. В работе определены оптимальные значения основных параметров моделирования, позволяющие рассчитывать энергетические характеристики системы с точностью не менее 0,01 эВ. Энергия растворения кремния в ферромагнитное ОЦК-железе составила -1,19 эВ. Атомы кремния испытывают сильное взаимное отталкивание в первых двух координационных сферах, которое далее является спадающим. После третей координационной сферы отталкивание атомов становится близким к нулю. При растворении кремний не изменяет параметр ОЦК-решетки и не влияет на решетку железа. Магнитный момент атомов железа в первом окружении с 2,23 µB, уменьшается до 2,045 µB. Растворение 1,85 ат. % кремния приводит к уменьшению среднего магнитного момента на атом железа на 0,02 μB и снижению объемного модуля сжатия.
Бесплатно
Принципы и методы проектирования дуговых режущих плазмотронов постоянного тока
Статья научная
Обобщены основные факторы, сформулированы обобщенные принципы и методы проектирования, применяемые в процессе конструирования дуговых режущих плазмотронов постоянного тока. Отмечается, что обобщенные принципы проектирования можно классифицировать по 3-м основным группам, среди которых наиболее важны принципы достижения максимальных значений производительности, надежности и качества электроплазменных процессов, а также безопасного применения плазмотронов. Предлагается сделать акцент на газодинамических факторах проектирования, определяющих функциональные параметры и безопасность работы плазмотронов для резки металлов. Определены основные принципы и методы газодинамического проектирования, применительно как ко всему плазмотрону, так и к отдельным участкам его газовоздушного тракта. Сформулированы основные принципы и методы акустического («безопасного») проектирования, направленные достижение минимального уровня аэродинамического шума плазмотрона. Упомянуты плазмотроны, сконструированные на основе разработанных принципов и методов проектирования и имеющие улучшенные показатели эффективности, качества и безопасности работы. К конструкциям, разработанных с применением упомянутых принципов проектирования можно отнести серию одноконтурных дуговых плазмотронов для резки металлов (ПМВР-М, ПМВР-2, ПМВР-2М), а также универсальные (по показателям качества и безопасности) двухконтурные плазмотроны, работающие по принципам узкоструйной плазмы.
Бесплатно
Статья научная
Приведены данные о напряженно-деформируемом состоянии заготовки во время комбинированного процесса обжима-раздачи. Рассмотрена вероятность разрушения заготовки во время протекания операции на опасных ее стадиях. Выделены основные виды брака, такие как образование трещин, смятие, недооформление. Приведены рекомендации и причины его возникновения. Для предотвращения трещин предлагается проведение отжига для снятия внутренних напряжений. Исключить смятие заготовки предлагается изменением параметров технологического процесса, а именно снижать степень деформации и проводить штамповку в несколько переходов или использовать трубы с более толстой стенкой. Как правило, указанные виды брака формируются при несоблюдении технологических параметров процесса, а также зависят от качества заготовки и метода ее получения. Также в ходе моделирования процесса было выявлено несоответствие модели реальным данным. Полученное несоответствие заключается в появлении вероятности разрушения штампуемой заготовки в обжимаемой части, что противоречит экспериментальным данным. В рамках этого для более качественного и достоверного анализа разрушения был выведен поправочный критерий, учитывающий величину средних напряжений по высоте заготовки. Введение нового критерия позволило более конкретно и достоверно рассматривать разрушение заготовки в процессе деформации в программном комплексе. Проведено сравнение экспериментальных данных и результатов моделирования. На основе полученных данных подтверждена применимость поправочного критерия на практике и возможность его применения при составлении технологических режимов в научно-исследовательских и промышленных работах. В дальнейшем планируется составление математической модели с целью определения кинематических и энергосиловых параметров.
Бесплатно
Статья научная
Ужесточение показателей экологической безопасности и ограничение использования свинца в новом электротехническом и электронном оборудовании до величины не более 0,01 % продиктовали необходимость поиска новых легкоплавких сплавов для использования в качестве припоя. Сплав 52In-48Sn, являясь одним из самых перспективных бессвинцовых припоев, востребован электротехнической промышленностью в виде прутков и проволоки. В данной статье описана технология получения пруткового припоя из сплава 52In-48Sn в условиях мелкосерийного производства и проблемы, с которыми столкнулись при ее реализации. В данной статье представлены результаты исследования причин образования поверхностного дефекта «воздушные пузыри» у прутков ø8,0 и ø15,0 мм из сплава 52In-48Sn, изготовленных методом прямой экструзии. Моделирование в программе QForm процесса распрессовки заготовок в контейнере в процессе экструзии показало, что причиной образования дефекта «воздушные пузыри» на поверхности прутков является чрезмерный зазор между контейнером и заготовкой. В процессе осадки заготовки в контейнере объем воздуха запирается в контейнере и поступает внутрь сплава. Для устранения этого дефекта при прессовании необходимо минимизировать зазор между заготовкой и контейнером. Отношение длины к диаметру заготовки не должно превышать 2,5. Чтобы исключить поверхностный дефект «воздушные пузыри» готовой продукции, эти требования необходимо учитывать при конструировании инструмента для прямого прессования (экструзии). Результаты проведенных исследований экспериментально подтверждены при изготовлении прутков ø8,0 мм. Уменьшение зазора между контейнером и заготовкой до 0,5 мм позволило получить прутки с высоким качеством поверхности.
Бесплатно
Проблемы лавинных разрушений газопроводов из сварных труб и способы их предотвращения
Статья научная
На основе многолетних исследований разработана специальная конструкция сварной трубы с нанесенным бандажом из высокопрочной проволоки. Проведены экспериментальные исследования, которые подтвердили возможность исключения лавинных разрушений.
Бесплатно
Проблемы получения качественной слябовой заготовки на МНЛЗ № 2 ОАО «Уральская сталь»
Статья научная
Проанализированы показатели непрерывной разливки слябовой заготовки и листовой прокатки в условиях ОАО «Уральская Сталь». Выявлены основные причины, влияющие на качество непрерывнолитой заготовки и брак листового проката.
Бесплатно
Программный комплекс для моделирования процесса выплавки коррозионностойких марок стали
Статья научная
Проанализированы физико-химические особенности процесса выплавки ряда коррозионностойких марок стали. Разработаны алгоритмы, позволяющие моделировать различные стадии процесса выплавки таких сталей. Созданные алгоритмы реализованы в виде специализированного программного комплекса.
Бесплатно
Статья научная
Проведен анализ научной литературы, рассмотрены основные механизмы износа пресс-форм для холодного прессования порошков и представлены прогрессивные способы упрочнения рабочего инструмента для прессования труднодеформируемых композиционных материалов. На основе литературного обзора отечественной и зарубежной научной литературы и экспериментальных данных, полученных в Институте гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, предложены детонационное напыление и холодное газодинамическое напыление покрытий как способы повышения износостойкости и прочности пресс-форм. Кроме того, приведен технологический процесс детонационного напыления покрытия при помощи разработанного в России автоматизированного комплекса CCDS2000, а также представлено сравнение холодного газодинамического напыления с другими известными способами нанесения покрытий. Авторы раскрывают основную проблему нанесения покрытий детонационным и холодным газодинамическим методами на рабочий инструмент для прессования порошковых материалов, а также главные факторы, от которых зависят качественные характеристики покрытия. Затронутая тема актуальна для науки и многих отраслей промышленности, так как повышение износостойкости, прочности и срока службы инструментальной оснастки позволяет сократить расходы предприятия и снизить время на обслуживание технологического оборудования.
Бесплатно
Статья научная
Ввиду того, что резервы направления повышения частных обжатий и сокращения количества циклов в основном исчерпаны, приведен пример технического решения по совершенствованию косовалковой прошивки на основе минимизации частных обжатий при увеличении количества циклов частных обжатий - прошивка профилированной трубной заготовки с волнообразным профилем. Преимуществами данной технологии являются уменьшение уровня деформации в осевой зоне заготовки и уменьшение вероятности появления осевого разрушения. Наиболее эффективным способом получения профилированной трубной заготовки является нанесение профиля на трехвалковом обжимном стане в линии трубопрокатного агрегата. Для получения на поверхности заготовки волнообразного профиля необходима специальная калибровка рабочих валков трехвалкового обжимного стана, процесс проектирования которой рассмотрен в данной статье. Три валка предложенной калибровки образуют калибр, состоящий из входного участка, обеспечивающего надежный захват заготовки, рабочего участка с профилирующими гребнями, обеспечивающими нанесение волнообразного профиля, и выходного участка. Процесс профилирования может протекать только в случае равенства длины периода профиля шагу подачи заготовки на выходе из обжимного стана. Также необходимо учитывать отношение длины периода профиля к высоте гребня, так как на поверхности гильзы после прошивки при низком значении отношения могут образоваться закаты металла, а при высоком - эффективность профилирования резко снижается. Гребни на рабочем участке валков смещены в направлении прокатки на величину, кратную количеству валов, то есть для трехвалкового стана смещение составит 1/3 от длины периода профиля. По результатам проектирования калибровки валков было проведено компьютерное моделирование профилирования заготовки на обжимном стане в среде Q-FORM с положительными результатами.
Бесплатно
Производство аморфной и нанокристаллической ленты методом литья на одновалковой МНЛЗ
Статья
Бесплатно
Производство высококачественных литых деталей из алюминиевых сплавов
Краткое сообщение
Представлен апробированный в промышленных условиях новый способ физического воздействия на процесс формирования высококачественных отливок из силумина. Показано направление эффективного использования ведущей системы компьютерного анализа литейных процессов ProCAST. Рассмотрен подход создания базы данных формовочных материалов для количественного расчета в ProCAST термических напряжений и литейной усадки сплавов.
Бесплатно
