Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 899
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
Прокатка труб из стали марки 08Х18Н10Т на ТПА 70-270 с двухвалковым станом для прошивки и раскатки
Статья научная
Развитие производства бесшовных труб из нержавеющих марок стали для энергомашиностроительных компаний, которые поставляют комплексные решения для атомной и тепловой энергетики, газовой и нефтехимической отрасли, является сегодня одним из важных направлений развития технологии для производителей трубной продукции. А современные экономические реалии и санкционное внешнее давление на Россию делают эту задачу одной из приоритетных. Для изготовления горячекатаных труб из нержавеющих марок стали использование станов винтовой прокатки на сегодняшний день является наиболее перспективным направлением в сравнении с традиционным способом - прессованием. Данная технология позволяет существенно увеличить производительность, улучшить качество выпускаемых труб и снизить расходный коэффициент металла. Технология с использованием станов с двойной прошивкой и калиброванием на станах винтовой прокатки без использования станов продольной прокатки, реализованная на стане ТПА 70-270, является в настоящее время недостаточно изученной и применяемой на практике, так как данный стан является единственным в Российской Федерации. Основным недостатком технологии производства труб из «нержавейки» является низкая износостойкость прокатного инструмента, в частности оправок прошивного стана. Высокая интенсивность износа инструмента не позволяет обеспечить постоянства требуемого качества выпускаемой продукции. Одним из перспективных методов повышения износостойкости инструмента является использование смазок. В настоящее время потребность рынка в нержавеющих бесшовных трубах составляет 55 тыс. тонн в год, из которых на долю импорта приходится около 20 тыс. тонн. Используя современные технологии и возможности производства трубопрокатного инструмента, а также внедряя в технологические операции производства труб новые технические решения, возможно повысить износостойкость трубопрокатного инструмента, обеспечить стабильно высокое качество производимых труб и увеличить конкурентоспособность. В данной работе представлены результаты опытно-промышленного освоения прокатки труб из стали марки 08Х18Н10Т на стане ТПА 70-270, где прошивка заготовки и раскатка гильзы осуществляется на одном и том же стане винтовой прокатки.
Бесплатно
Промышленное применение и развитие шаговой прокатки
Статья научная
Представлены результаты работ по шаговой прокатке, выполненных на основе предложенного В.Н. Выдриным нового направления ее развития. Описаны, разработанные под руководством В.Н. Выдрина или на основе его принципиальных технических решений, конструкции станов шаговой прокатки с качающимися валками СШ 175, СШ 200, ШП 280, ПК 600, названные прокатно-ковочными станами. Эти станы нашли промышленное применение на металлургических и машиностроительных предприятиях России и зарубежных стран при получении заготовок и готовых профилей из специальных сплавов черных и цветных металлов. Отмечено, что прокатно-ковочные станы конкурентоспособны современным радиально-ковочным машинам при получении заготовок постоянного по длине сечения из специальных сплавов черных и цветных металлов по качеству получаемого проката, стоимости оборудования и эксплуатационным затратам. Приведены новые конструкции опытных и промышленных станов шаговой прокатки с вращающимися валками ШП 150, ШП 160, СШР 300, СШР 82,5, многофункциональный прокатный стан, разработанные на основе запатентованного с участием В.Н. Выдрина технического решения. Принципиальной особенностью конструкции этих станов является жесткая кинематическая связь между приводами вращения валков и возвратно-поступательного перемещения прокатной клети, обеспечивающая их работу без применения задающих и кантующих устройств. По результатам выполненных исследований и разработок по шаговой прокатке опубликовано более 130 научных трудов, получено более 100 авторских свидетельств СССР, патентов РФ, США, Великобритании, Японии и Германии.
Бесплатно
Процесс и устройство для получения вальцеванием листов из вулканитовых абразивных смесей
Статья научная
Представлены материалы по промышленным исследованиям и разработаны на уровне изобретений нового процесса и оригинального устройства получения листов из вулканитовых абразивных композиций на смесительных вальцах.
Бесплатно
Процессы заполнения форм при центробежной заливке титан-алюминиевых интерметаллидных сплавов
Статья научная
Представлены результаты расчетного анализа скоростных режимов движения титан-алюминиевого расплава в полостях литейной формы при различных условиях центробежной заливки.
Бесплатно
Процессы образования и предотвращения пригара на стальных отливках
Статья научная
Пригар на стальных отливках, получаемых в неметаллических формах, до сих пор остается актуаль-ной проблемой в литейном производстве. Его удаление связано не только с большими затратами, но и с заметным ухудшением экологии производства. Однако в последние тридцать лет он оказался забытым несмотря на то, что в процессах пригарообразования еще осталось много невыясненного, особенно это относится к роли пригарной жидкости как «носителя» пригарных веществ. Этот вопрос изучен в лабораторных и промышленных условиях, уделено внимание возникновению и развитию пригарной жидкости, ее способности к смачиванию различных формовочных материалов, влиянию кислородного потенциала газовой атмосферы формы на отделение пригара от поверхности отливки. Термометрией форм из разных смесей показан механизм благоприятного влияния таких материалов, как хромит и ему подобных, в состав которых входят тугоплавкие оксиды и кислород в виде оксидов железа. Их влияние не только в том, что повышается скорость охлаждения отливки, скорее, в том, что снижается максимальный прогрев формы, и поэтому затвердевает пригарная жидкость и прекращается продвижение пригара в глубину формы. На основе проведенных исследований и с учетом промышленного опыта представлена концепция образования и предотвращения пригара на стальных отливках за счет повышения температуры плавления пригарной жидкости и снижения температуры максимального прогрева формы. Благоприятное влияние этих параметров на чистоту поверхности проявляется даже за счет введения в смесь легкоплавких компонентов в сочетании с тугоплавкими оксидами.
Бесплатно
Процессы формирования прочности песчаных формовочных и стержневых смесей
Статья научная
Рассмотрена зависимость прочности песчаных формовочных и стержневых смесей от влажности смесей. Установлено, что для синтетических песчано-глинистых смесей важным фактором формирования прочности является соотношение между электростатическими и молекулярными силами, которые проявляют максимальную эффективность в разных диапазонах влажности.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена проблеме механической неоднородности стыковых сварных соединений, а именно влиянию параметров мягкой прослойки на напряженно-деформированное состояние соединений, нагруженных изгибом. Известно, что сознательное регулирование геометрических размеров и механических свойств мягкой прослойки позволяет повысить механические свойства всего сварного соединения за счет контактного упрочнения и даже обеспечить его равнопрочность. Цель настоящей работы заключалась в определении диапазонов варьирования параметров мягкой прослойки, обеспечивающих получение равнопрочных стыковых сварных соединений при статическом изгибе. При этом решались следующие задачи: 1) определение параметров мягкой прослойки для получения равнопрочных сварных соединений без дефектов; 2) оценка возможности получения равнопрочных механически неоднородных соединений с дефектом типа непровар. Исследования выполнены с применением метода конечных элементов, базирующегося на теории пластического течения, и метода линий скольжения. В работе рассмотрены наиболее характерные напряженные состояния прослоек с дефектом и без него, выполнена проверка полученных математических решений и были уточнены граничные условия их применения. В частности, установлено, что в реальных условиях получить значительный эффект от реализации контактного упрочнения возможно только на толстостенных деталях. Причем требования к толщине деталей, работающих при изгибе, в полтора раза выше, чем при растяжении. Несколько снизить эти требования можно за счет применения специальных методов сварки. Также установлена возможность получения равнопрочных сварных соединений при наличии в мягкой прослойке центрального дефекта типа непровар. Результаты данных исследований могут быть использованы в машиностроении при производстве конструкций для химической и нефтехимической промышленности, энергетического оборудования, а также конструкций для аэрокосмической отрасли.
Бесплатно
Работоспособность сварных боковин модуля секции трамвая
Статья научная
Выполнен сравнительный расчет двух вариантов исполнения сборки методом сварки рамы боковины модуля трамвая при помощи конечно-элементного пакета ANSYS. Получены расчетные данные, выбрана сварная конструкция с наилучшими показателями работоспособности конструкции боковины модуля трамвая.
Бесплатно
