Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 899
Получение монокристаллов гексаферрита бария свинца из раствора
Статья научная
Представлены результаты проведенного исследования возможности получения монокристаллических структур гексагонального феррита бария свинца из высокотемпературного раствора на основе оксида свинца методом спонтанной кристаллизации на воздухе. Для проведения экспериментов использовали резистивную печь в прецизионных ПИД регулятором температуры. Выращенные монокристаллы состава Ba1-xPbxFe12O19 при х = 0,2; 0,45; 0,8 имели характерную гексагональную огранку, размер до 3 мм. Полученные образцы исследовали с помощью растрового электронного микроскопа. Проведен также рентгенофазовый анализ полученных образцов, рассчитаны параметры ячейки. Образцы исследованы с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии. Проведена оценка влияния замещения свинцом бария на структуру и свойства материала. Для состава Ba0,2Pb0,8Fe12O19 параметры решетки равны: a = 5,8917(12) Å, c = 23,173(3) Å, V = 696,60(19) Å3. Влияния замещения бария свинцом на свойства матрицы гексаферрита бария незначительны, что позволяет применять данную методику для получения частично замещенных по железу монокристаллических структур на основе гексаферрита бария свинца.
Бесплатно
Статья научная
Для повышения эффективности отдачи нефтяных скважин с применением технологии гидроразрыва пласта трещины, создаваемые в ходе гидроразрыва, заполняют расклинивающим материалом (пропантом). При этом эффективность нефтеотдачи скважин возрастает за счёт предупреждения смыкания трещин под действием горного давления. В качестве пропанта используют различные керамические материалы в виде гранул диаметром от 0,5 до 1,2 мм. Для изготовления пропантов целесообразно использовать отходы металлургического производства в виде шлаков, образующихся в различных плавильных агрегатах - доменных печах, конвертерах и сталеплавильных печах, а также при получении ферросплавов. Складирование этих шлаков требует больших территорий и сопряжено с экологическими проблемами. В данной статье изучена возможность получения высокопрочных магнезиально-кварцевых пропантов из смеси шлаков доменного производства с добавками недефицитных природных материалов - кварцита и магнезита. Технология получения пропантов опробована в лабораторных условиях. Шлаковую смесь расплавляли в индукционной печи с графитовым тиглем. Расплав гранулировали на специально разработанной центрифуге. Полученные гранулы испытаны по основным показателям, предусмотренным стандартом. Изучены макро- и микроструктура пропантов, водопоглощение, сопротивление раздавливанию, кислотостойкость. По всем показателям, за исключением кислотостойкости, пропанты показали вполне приемлемые свойства.
Бесплатно
Получение сернокислого никеля из отработанных электролитов медной промышленности
Статья обзорная
Бесплатно
Пористость в металле, наплавленном открытой дугой проволокой БрКМц3-1
Статья научная
Представлены материалы по образованию пор в металле при наплавке ручной и механизированной сваркой открытой дугой проволокой марки БрКМц3-1. Определены зависимости влияния предварительного подогрева деталей на количество пор в наплавленном металле. Установлено, что при сварке меди и ее сплавов образование пор связано с водородом и кислородом. Определены равновесные концентрации кислорода и водорода в жидком металле (бронзе) при температуре Т = 1473 К.
Бесплатно
Порошковые проволоки Fe-Cr-Al для дуговой металлизации жаростойких покрытий
Статья научная
В работе контролировали однородность шихты порошковых проволок, для чего определяли угол ее естественного откоса и коэффициент сыпучести. Установлено, что шихта специального состава, полученная за счет ограничения содержания крупных и мелких фракций компонентов, в сравнении с шихтой стандартного состава из компонентов, имеющих исходную грануляцию, имеет меньший угол естественного откоса и большую сыпучесть, что позволило обеспечить ее однородность по химическому и гранулометрическому составам и повысить качество покрытий. Методами термогравиметрического анализа и сканирующей электронной микроскопии проанализировано влияние дополнительного легирования проволок титаном, кремнием и иттрием на жаростойкость. Установлено, что как для сплавов базовой системы легирования Fe-Cr-Al, так и для металлизационных покрытий, введение титана и кремния позволяет предотвратить формирование железохромистых карбидов (Fe,Cr)7C3 и нитридов алюминия AlN и протекание локальной высокотемпературной коррозии, а иттрия - сегрегацию серы на границе раздела за счет формирования сульфидов Y2S3. В отличие от стандартных хромоалюминиевых сплавов для металлизационных покрытий указанные эффекты достигаются при введении в состав шихты порошковых проволок повышенного количества титана и кремния, что связано с условиями их формирования при дуговой металлизации. На основе установленных закономерностей разработаны порошковые проволоки системы легирования Fe-Cr-Al-Ti-Si, предназначенные для нанесения жаростойких металлизационных покрытий. Металлизационные покрытия из разработанных порошковых проволок имеют жаростойкость одного уровня с аустенитными сталями и на порядок выше в сравнении с перлитными и мартенситно-ферритными сталями, широко используемыми в котлостроении.
Бесплатно
Порционная вакуумная обработка недораекисленной легированной стали для производства крупных поковок
Статья обзорная
Бесплатно
Статья научная
Изучены факторы, влияющие на образование грубых поверхностных дефектов при разливке легированной титаном нержавеющей стали и, как следствие, потери, возникающие в ходе разливки. Рассмотрен общий вид и приведен состав включений в крупных поверхностных дефектах непрерывно-литых слябов легированной титаном нержавеющей стали. Утверждается, что решающее влияние на образование поверхностных дефектов оказывают условия разливки, а не выплавки и подготовки к разливке. Рассмотрены изменения химического состава шлаков в кристаллизаторе (в начале, середине, конце разливки плавки) и промковше (в начале, середине, конце разливки плавки у защитной трубы и стопора промковша) при разливке нержавеющей стали, легированной титаном.
Бесплатно
Превращения в сидеритовой руде при восстановительном нагреве
Статья научная
Определены химический и минеральный составы сидеритовой руды Бакальского месторождения. Проведены эксперименты по твердофазному восстановлению кусковых образцов сидеритовой руды в газовой атмосфере, контактирующей с твердым углеродсодержащим восстановителем при 1000-1100 °С. Установлены особенности макроструктуры продуктов восстановительной обработки сидеритовой руды. Формируется два типа структур: плотные композитные агрегаты из металлического железа и железистой оксид-магниевой керамики, а также пористые образования из глобул металлического железа и глобул оксида магния. Подтвержден эффект самоукрупнения агрегатов из твердых частиц восстановленного железа.
Бесплатно
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
Применение искусственного интеллекта в металлургии: повышение эффективности вельц-печи
Статья научная
В статье рассматривается применение нейросетевых методов и алгоритмов машинного обучения для оптимизации работы вельц-печи на металлургическом предприятии. На основе реальных производственных данных проведено сравнение эффективности различных алгоритмов (LGBM Regression, CatBoost, Decision Tree, Random Forest и др.) для прогнозирования содержания цинка в клинкере. Лучшие результаты показали LightAutoML (R2 = 0,9339), CatBoost (R2 = 0,9218) и LGBM Regression (R2 = 0,9195). Определены ключевые параметры, влияющие на процесс: содержание цинка в шихте, расход сжатого воздуха, давление в пылевой камере и загрузка коксика. Разработаны рекомендации по управлению процессом, включая контроль качества сырья, оптимизацию газодинамических параметров и мониторинг восстановительных условий. Результаты исследования демонстрируют потенциал ИИ-решений для повышения эффективности металлургических производств в условиях цифровой трансформации промышленности.
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 работе исследована средняя относительная энергия границ зерен в ниобии после кручения под высоким давлением (КВД) с использованием сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Установлено, что деформация методом КВД приводит к формированию ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры со средним размером зерен ~100 нм и значительному увеличению твердости (до 2800 МПа). С помощью СТМ-анализа количественно оценено энергетическое состояние границ зерен: в крупнокристаллическом ниобии средняя относительная энергия границ зерен составила 0,27, тогда как после КВД на 5 оборотов – 0,71. Обнаружено, что в УМЗ-ниобии преобладают границы с высокой относительной энергией (более 0,6), что свидетельствует о формировании неравновесных (деформационно-модифицированных) границ зерен. Полученные результаты согласуются с данными для других металлов и сплавов (Ni, Cu, CuHf), подвергнутых интенсивной пластической деформации. Работа подтверждает перспективность СТМ-микроскопии для количественной оценки энергии границ зерен в наноструктурированных материалах, что важно для понимания их механических свойств и оптимизации методов обработки.
Бесплатно
