Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 866
Статья
Бесплатно
Статья научная
Одним из перспективных направлений упрочнения металлических материалов является дисперсное упрочнение. В рукописи приведены результаты исследований макроструктуры и химического состава заготовок, дисперсно-упрочнённых карбидами вольфрама и кремния, полученных методом центробежного литья.
Бесплатно
Статья научная
Актуальность работы. Рассматриваются конструкции оборудования системы «промежуточный ковш - кристаллизатор» слябовой машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Выполнен анализ работы конструкций оборудования камер ковша с использованием переливных перегородок. Их наличие обеспечивает заданную ориентацию затопленных струй жидкой стали в процессе поступления металла из сталеразливочного ковша в промежуточный и последующего истечения жидкого металла в кристаллизатор. Совершенствование оборудования системы направлено на рациональное расположение затопленных струй стали в разливочной камере промежуточного ковша и уменьшение нагрузки, действующей на стопоры разливочных отверстий. Цель работы: совершенствование конструкций перегородок для четырехручьевого промежуточного ковша слябовой МНЛЗ для повышения качества разливаемого металла и обеспечения стабильности процесса разливки на основе анализа гидродинамики потоков стали. Новизна. Предложена перегородка и пороги разливочных камер, исключающих динамическое воздействие на стопор разливочного отверстия, а также конструкции защиты металлоприемника приемной камеры промежуточного ковша в виде законченного модуля, компактно расположенного в приемной камере. Результат работы. Разработаны основные положения конструирования в системе «промежуточный ковш - кристаллизатор» на основе результатов анализа основных зависимостей для гидродинамики потоков стали. Практическая значимость. Применение новой конструкции промежуточного ковша - перегородок и металлоприемника приемной камеры - способствует уменьшению скоростей потоков стали до допустимых значений, а также повышению качества получаемой непрерывнолитой заготовки.
Бесплатно
Анализ температурных условий процесса высадки концов труб
Статья научная
Работа посвящена технологии высадки концов труб на гидравлическом прессе SMS Meer ОАО «ПНТЗ» (г. Первоуральск). C целью снижения сопротивления деформации, а также с целью локализации деформации концы труб подвергают нагреву в трех последовательно расположенных индукторах до температуры 1150-1250 °С. При этом точность нагрева концов труб как по температуре, так и по длине является одним из факторов, определяющих качество готовой продукции. В связи с важностью данного вопроса на ОАО «ПНТЗ» проведена работа по изучению температурных условий процесса высадки концов труб. Работа проведена с применением тепловизора ThermaCAM P640 и в результате изучен процесс нагрева концов насосно-компрессорных труб перед высадкой. При этом установлено, что за счет теплопроводности часть тепла от нагретого конца трубы перераспределяется в холодную часть трубы и в результате фактическая длина нагрева составляет на 80 мм меньше заданного значения. Помимо этого даны рекомендации по изменению настроек стационарных пирометров, входящих в состав оборудования пресса, с целью повышения точности их показаний. Кроме того, в работе установлено распределение температур по длине трубы после охлаждения при транспортировке заготовки от нагревательного устройства до позиции высадки и после самой операции высадки.
Бесплатно
Анализ термоупругих напряжений в поковках с учетом эффекта релаксации
Статья научная
Поскольку напряжения являются одним из основных факторов образования флокенов, важно понимать характер напряженного состояния непрерывно охлаждающейся цилиндрической поковки. Для этого был выполнен компьютерный расчет распределения внутренних напряжений, а также учтена возможность релаксации упругой деформации при охлаждении поковки. Расчет был произведен по нескольким вариантам при различных скоростях охлаждения для трех компонент напряжений - осевой, радиальной и тангенциальной. Расчет эффекта релаксации произведен на основании обработки и аппроксимации экспериментальных данных по ползучести стали марки 40ХГМ в температурном интервале охлаждения после противофлокенной термической обработки. Результаты расчета показали, что если при аналитическом расчете без учета релаксации абсолютная величина напряжений уменьшается и стремится к нулю при подходе к комнатной температуре, то расчет с учетом релаксации внутренних напряжений показывает, что после окончания охлаждения в поковке сохраняются остаточные напряжения, причем на поверхности они сжимающие, а в центре поковки растягивающие. Также было показано влияние данных напряжений на раскрытие зародыша флокена.На втором этапе было проанализировано влияние внутренних напряжений на диффузию водорода и образование флокенов. Влияние внешних напряжений на диффузию обычно сводят к уменьшению энергии активации диффузии на дополнительную величину. Расчет показал, что влияние данной величины на коэффициент диффузии пренебрежимо мало.Результаты данной статьи могут быть полезны специалистам, занимающимся проблемами образования флокенов в стали, а также специалистам по компьютерному моделированию технологических процессов в металлургии.
Бесплатно
Статья научная
Модель укладки твердых атомов-сфер использована в статье для выяснения ряда вопросов, затрагивающих мартенситное превращение в углеродистых сталях. Рассмотрена деформация, которая возникает, когда сферический атом углерода с радиусом 0,77 Å помещают в октаэдрическую пору z-подрешетки внедрения железа. Показано, что смещения атомов железа, лежащих на оси oz, оказывается столь значительными, что они блокируют от возможного заполнения две ближайшие следующие октаэдрические поры. Они будут деблокированы только в том случае, когда четыре атома углерода займут аналогичные поры на ребрах элементарной ячейки и вновь удалят атомы железа от заблокированных пор. Был сделан расчет количества атомов углерода в элементарной ячейке в зависимости от содержания углерода в стали. Оказалось, что количество атомов углерода в ячейке равное 0,5 достигается при концентрации углерода 5,13 масс. %. Следовательно, практически у всех закаленных конструкционных и инструментальных сталей в среднем не происходит заполнения даже одной октаэдрической поры в центре грани. В рамках данной модели рассчитаны параметры решетки a и c, которые сопоставлены с экспериментальными данными, полученными академиком Г.В. Курдюмовым. Показано их очень хорошее согласие для параметра c и менее точное - для параметра a, что, с нашей точки зрения, обусловлено отсутствием информации о коэффициенте Пуассона для процессов в атомном масштабе. Разработан метод определения параметров решётки идеального мартенсита, у которого все z-поры заняты атомами углерода.
Бесплатно
Анализ технических требований, предъявляемых к ультрахладостойкому листовому прокату
Статья научная
Выполнен анализ технических требований, предъявляемых к ультрахладостойкому листовому прокату по выбранным направлениям наукоемких отраслей промышленности. Определены возможные потребители разрабатываемой продукции и конкуренты, предлагающие аналогичную продукцию. Проведен анализ показателей качества, установленных для аналогичной продукции в технических документах российских и зарубежных организаций. Установлен достигнутый уровень свойств данного вида проката в России и за рубежом.
Бесплатно
Анализ технологических особенностей сварки порошковой проволокой
Краткое сообщение
Приведены результаты аналитического обзора современных сварочных материалов. Установлено, что перспективным материалом является порошковая проволока. Представлены виды, описание и конструкция сварочных порошковых проволок, назначение и состав сердечника порошковой проволоки. Описаны специфические особенности плавления порошковой проволоки и влияние на них состава сердечника, режима сварки и конструкции порошковой проволоки. Отмечены проблемы, возникающие при производстве толстостенных (до 50 мм) труб большого диаметра из проката высоких групп прочности, для решения которых одним из эффективных вариантов является применение порошковых проволок.
Бесплатно
Анализ трещиноустойчивости пробы "Тэккен"
Статья научная
Работа посвящена анализу трещиноустойчивости пробы «Тэккен» при охлаждении ее после сварки. Проба «Тэккен» изготавливается по ГОСТ 26388-84 тип IX и предназначена для оценки склонности металла шва сварного соединения к склонности к образованию холодных трещин. Необходимо было установить запас технологической прочности сварного соединения и выявить критические места возможного образования трещин. В основу положен принцип оценки возникающих при сварке напряжений с временным сопротивлением разрыву, полученному при охлаждении образцов с высокой скоростью, характерной для сварного соединения. Проведена численная оценка в ESI SYSWELD уровня напряжений в различных точках сварного соединения с учетом режима сварки, условий закрепления. Построены графики зависимости первых главных напряжений от температуры. При снижении трещиноустойчивости ниже единицы вероятно образование трещин, так как в этом случае действующие напряжения превышают временное сопротивление разрыву. Показано, что наиболее опасными являются зоны перехода от сварного шва к основному металлу при температуре 1020 °С и корень сварного шва после полного остывания. Разработанная методика анализа трещиноустойчивости может быть использована для оценки других типовых сварных соединений и проб.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена литым деталям штампов, которые эксплуатируются в сложных термомеханических условиях при высоких температурах. Основными причинами их выхода из строя является износ гравюры штампа, смятие элементов гравюры и разгарные трещины. Изучение механизма образования данных дефектов в теле литого штампа позволит создать сплавы с высокой термостойкостью и увеличить ресурс штампов при изотермическом деформировании.
Бесплатно
Статья научная
Посредством термодинамических расчетов построены поверхности растворимости компонентов в металле (ПРКМ) для систем Co-Cr-O, Co-V-O и Co-Ti-O. Разработанные ПРКМ могут быть использованы для анализа технологических процессов, связанных с взаимодействием кислорода, хрома, ванадия и титана в жидком кобальте.
Бесплатно
Статья научная
Посредством термодинамических расчётов построены поверхности растворимости компонентов в металле (ПРКМ) для систем Ni-C-O, Ni-Ca-O и Ni-AI-O. Разработанные ПРКМ могут быть использованы для анализа технологических процессов, связанных с взаимодействием кислорода, углерода, кальция и алюминия в жидком никеле.
Бесплатно
Анализ фазовых равновесий в системе "оксиды железа - углерод - CO - CO2"
Статья научная
При расчетах равновесных параметров, реализующихся при восстановлении оксидов железа в атмосфере «CO - CO 2» в присутствии углерода, использовались термодинамические характеристики реакций восстановления оксидов железа, реакции газификации углерода и диаграмм состояния «железо - кислород» и «железо -углерод». Определены не только состав газовой фазы, но и составы конденсированных фаз (вюстита и насыщенного углеродом железа). Температура полного восстановления железа 955 К. Равновесная температура появления жидкого железа при косвенном восстановлении оксидов железа около 1427 К. Получающееся при восстановлении железо насыщено углеродом, равновесная концентрация которого при температурах выше 955 К соответствует диаграмме состояния «железо - углерод». Термодинамические параметры процессов цементации железа и обезуглероживания сталей и чугунов согласуются с равновесной фазовой диаграммой системы «FeO 1+x''- Fe - CO - CO 2 - углерод».
Бесплатно
Статья научная
Рассчитаны диаграмма состояния системы NiO-SiO 2 и поверхности растворимости компонентов в металле для систем Ni-Si-O и Ni-Si-C-O. Результаты работы могут быть использованы для анализа технологических процессов, связанных с взаимодействием кислорода, кремния и углерода в жидком никеле.
Бесплатно
Статья научная
Одной из основных задач литейного производства является снижение трудовых, материальных и энергетических затрат при получении литых заготовок наряду с повышением качества изделий. Разработка и совершенствование расчётноэкспериментальных методов прогнозирования свойств жидкостекольных связующих композиций для изготовления литейных стержней, форм и противопригарных покрытий на основе изучения закономерностей протекания физико-химических процессов формирования их структуры относятся к наиболее приоритетным и актуальным научно-техническим программам машиностроения. Основной целью работы является создание научно обоснованных рекомендаций и методов по реализации знаний о формировании структуры смесей и взаимодействие форм и стержней с расплавленным металлом в процессе изготовления отливок.
Бесплатно
Краткое сообщение
Анализируется влияние олова на условия стружкообразования в процессе резания низколегированных конструкционных сталей. Проведена предварительная оценка обрабатываемости резанием стали марки 30ХМ с использованием методики ОАО «АвтоВАЗ».
Бесплатно
Аналитические возможности оценки степени гомогенности литых алюминиевых сплавов
Статья научная
Гомогенизация отливок из литых алюминиевых сплавов имеет приоритетное значение для улучшения их технологических параметров. Режим гомогенизирующего отжига регулируется двумя параметрами - температурой и временем выдержки. Традиционно используются одно или двухступенчатые режимы отжига. Для оценки степени гомогенности расплава после таких термообработок на предприятиях, как правило, используются различные методы механических испытаний. В работе предлагается новый метод расчета критерия оценки гомогенности структуры литых сплавов на примере алюминиевого сплава В95. Критерием гомогенности γ может служить степень приближения составов локальных объемов литых сплавов к марочному составу. Как показывает опыт, измерения содержания легирующих элементов удобнее проводить по осям дендритов. Дендриты, как правило, обеднены основными легирующими элементами, которые обычно локализованы в междендритных объемах. Принимая за величину, характеризующую степень негомогенности литого сплава, отклонение состава от марочного (Δ), критерий гомогенности можно представить в виде: γi = 1 - Δ. Для совершенного гомогенного сплава значение критерия гомогенности должно приближаться к 1. Рассчитанный по данной формуле средний коэффициент гомогенности для литого сплава В95 равен γ∑ = 0,503. Сравнивая содержание легирующих элементов в центре зерен и по границам гомогенизированных зерен, следует отметить, что локальный состав зерен и в центре, и на границах стал близок к марочному составу сплава В95. На это указывает и близкий к 1 введенный ранее условный коэффициент гомогенности γ. Действительно, средний коэффициент гомогенности стал равен γ∑ = 0,94. Предложенный метод рекомендован в качестве аналитического способа для оценки степени гомогенности алюминиевых литых сплавов, а в качестве критерия гомогенности γ можно предложить обобщенный расчетный показатель, построенный на основе анализа локальных составов по осям дендритов и междендритных областей.
Бесплатно
Асимметричная прокатка листов и лент: история и перспективы развития
Статья научная
Выполнен краткий исторический анализ известных российских научных школ асимметричной прокатки. В статье отмечается, что начиная с 2010-х гг. вновь появился интерес к асимметричной прокатке. На эти процессы взглянули под другим углом: с точки зрения получения требуемой структуры металла. Показано, что одним из наиболее перспективных высокопроизводительных методов интенсивной пластической деформации для производства ультрамелкозернистой структуры металлических материалов является процесс асимметричной тонколистовой прокатки, основанный на целенаправленно создаваемой асимметрии за счет рассогласования окружных скоростей валков. Изложены теоретические основы использования асимметричной тонколистовой прокатки металлов и сплавов как метода интенсивной пластической деформации. Выполнено сравнение сдвиговой деформации при равноканальном угловом прессовании, симметричной и асимметричной прокатке. Показано, что при асимметричной тонколистовой прокатке с обжатием 60 % при оптимальных параметрах процесса угол сдвига превышает 80°, а истинная деформация за один проход ≈ 3,8…4,8 по толщине листа. На основе компьютерного моделирования методом конечных элементов установлены закономерности создания сверхвысоких сдвиговых деформаций в обрабатываемых материалах, в том числе биметаллических слоистых композитах, при прокатке с рассогласованием окружных скоростей валков, а также при асимметричной криопрокатке. Выполнен анализ возможности прокатки биметаллических слоистых композитов в рабочих валках со специальным микрорельефом поверхности. Приведены характеристики спроектированного и изготовленного в Южной Корее уникального опытно-экспериментального лабораторного стана дуо с индивидуальным приводом рабочих валков для реализации процессов асимметричной и аккумулирующей прокатки в режиме ИПД. Стан будет установлен в лаборатории механики градиентных наноматериалов ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова».
Бесплатно
Атомы углерода в междоузлиях кристаллической решётки цементита: ab initio моделирование
Статья научная
В предшествующих работах было показано, что железная подрешётка структуры цементита Fe3C содержит четыре типа междоузлий, в которых потенциально могут располагаться атомы углерода: «нормальные» и «искажённые» призматические поры (НПП, ИПП) и «нормальные» и «искажённые» октаэдрические поры (НОП, ИПП). Расстояния от центров пор до центров окружающих их z атомов железа составляют 1,99-2,04 Å (НПП, z = 6); 1,80-1,87 Å (НОП, z = 6); 1,62 Å (ИПП, z = 4) и 1,25 Å (ИОП, z = 2). Обычно считается, что все атомы углерода находятся в НПП. В данной работе остальные варианты размещения атомов углерода исследованы при помощи расчётов «из первых принципов» методом FP-LAPW в программном пакете WIEN2k и суперячейки, состоящей из 16 атомов (4 формульных единицы Fe3C). Структура, в которой все атомы углерода находятся в НПП, обладает наименьшей энергией и объёмом. При размещении всех атомов углерода в НОП энергия повышается на 0,267 эВ/атом С, а объём увеличивается на 9,20 %. Если из НПП в НОП переходит лишь один из четырёх атомов углерода, прирост энергии и объёма составляет соответственно 0,233 эВ/атом С и 3,59 %. Структура, в которой один атом углерода находится в ИПП, а остальные три в НПП, обладает энергией на 0,452 эВ/атом С и объёмом на 3,75 % больше, чем при размещении всех их в НПП. Структуры, в которых все атомы углерода находятся в ИПП, а также в которых один или все четыре атома углерода находятся в ИОП, механически нестабильны и самопроизвольно переходят в обычную структуру цементита с углеродом в НПП. Термодинамические оценки, основанные на полученных данных, свидетельствуют, что даже при температурах ниже 1000 К до 20 % атомов углерода могут переходить из НПП в иные типы пор. Расчёты энергии образования углеродной вакансии в цементите (в суперячейке из 128 атомов, содержащей 96 атомов железа и 32 атома углерода) дали результат 0,50 эВ, а железной - 1,34 (для атомов FeG) и 1,60 эВ (для атомов FeS). Во всех этих случаях образование вакансии не вызывало существенного изменения объёма системы.
Бесплатно
Барий как раскислитель и модификатор жидкой стали
Статья научная
Выполнен анализ термодинамических функций реакций раскисления барием жидкой стали. Построены поверхности растворимости для условий раскисления жидкой стали сплавами бария с кремнием и алюминием. Показано, что реально возможно описание закономерностей раскисления барием только в том случае, если константа раскисления барием составляет ~ 10 -4-10 -5. Вследствие малой растворимости и большой молекулярной массы барий не может быть эффективным раскислителем. Из имеющихся в литературе рекомендаций по подбору модификаторов, поверхностных свойств бария в металле показано, что введенный в сталь барий на заключительном этапе рафинирования способен уменьшать размеры неметаллических включений и измельчать первичное зерно литого металла. Сделан вывод о том, что барий не является эффективным раскислителем, но может играть роль модификатора.
Бесплатно
