Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 880
Разработка научных основ и оптимизация технологических режимов нового способа протяжки литых слитков
Статья научная
Рассмотрена идея реализации знакопеременной деформации при ковке литых слитков и определена рациональная форма ковочного инструмента. Представлены результаты анализа деформированного состояния металла при осадке в бойках с рельефной поверхностью, а также в гладких бойках (на втором этапе деформирования). Использование нового инструмента обеспечивает в первых проходах проработку структуры металла путем дополнительной знакопеременной деформации без существенного изменения формы поперечного сечения заготовки. Знакопеременная деформация способствует увеличению накопленной деформации без изменения формы поперечного сечения заготовки, стимулирует образование полигонизованной субзеренной структуры и повышение дисперсности зеренной структуры. Представлены результаты анализа деформированного состояния металла при ковке рельефными и плоскими бойками. Для оценки неравномерности деформации по высоте слитка выполнен расчет накопленной степени деформации частицами в очаге деформации для шести точек по высоте в сечении углубления на бойке. Накопленная степень деформации для конкретной частицы определяется из решения задачи с помощью программы Deform для плоско-деформированного состояния в изотермических условиях. В приконтактных слоях деформация минимальна, так как имеются зоны затрудненной деформации (зоны прилипания), протяженность которых по мере продвижения вглубь металла уменьшаются; в начале пластической деформации возникает свободная поверхность - поверхность, не находящаяся под рабочим инструментом. Найдены способы управления технологическим процессом ковки с целью повышения однородности деформированного состояния по сечению слитка, стимулирование образования полигонизованной субструктуры во время обжатия и ультрадисперсной структуры после метадинамической рекристаллизации во время паузы.
Бесплатно
Статья научная
Разработана и успешно испытана в производственных условиях технология экономного расходования раскислителей и легирующих добавок при использовании композитных материалов, скомпонованных таким образом, что растворение добавок происходит в локальной зоне с пониженным содержанием кислорода. Вводимая в жидкий металл добавка блокируется алюминием. Использование при раскислении и легировании металла композиционных материалов показало достаточно высокую стабильность и степень усвоения вводимых реагентов. Средняя степень усвоения титана составила 81,3 %, ванадия - 94,5 %, марганца - 78,0 %. Стабильно высокая степень усвоения легирующих элементов позволяет организовать ввод лигатуры в расчете на нижний марочный предел содержания элементов в стали. Такая технология сравнительно просто реализуема и эффективна в электросталеплавильных или литейных цехах, где имеются дуговые сталеплавильные печи малой емкости. Экономические показатели использования композиционных материалов повышаются при использовании алюминийсодержащих отходов и экономии дорогостоящего алюминия для раскисления. Технология успешно испытана на заводах: «Красный Октябрь» (Волгоград), «Серп и Молот» (Москва), «Стальное литье» (Пловдив, Болгария).
Бесплатно
Разработка новых способов производства двухшовных труб большого диаметра
Статья научная
Современное металлургическое предприятие состоит из множества как вспомогательных, так и основных цехов, которые требуют постоянных материальных вложений. В условиях экономической нестабильности в промышленной отрасли вопросы экономии материальных средств, сырья и т. д., а также сокращения расходного коэффициента металла, оптимизации и гибкости производства являются важной составляющей для металлургических компаний. В данной статье описаны новые разработанные способы производства электросварных экспандируемых труб из двух листов (двухшовная). С использованием современных методов инженерного анализа, основанных на методе конечных элементов (МКЭ), проведена оценка возможности реализации разработанных способов производства двухшовных труб большого диаметра, а также подобраны технологические режимы формообразования, позволяющие получить продукцию, удовлетворяющую требованиям заказчика. В статье описаны результаты выполненных опытных работ, проведена оценка сходимости результатов, полученных при использовании CAE-систем, и опытной работы в цехе. Разработанные математические модели производства трубных заготовок на основных формообразующих операциях имеют высокую сходимость и могут использоваться при расчете новых типоразмеров. Используя разработанные математические модели в специализированном программном комплексе MSC Software, можно без рисков и финансовых потерь проводить оценку новых технологических режимов, различных способов производства. Предложенные новые способы производства двухшовных труб большого диаметра (формовка листа из двух половин и формовка полуцилиндра) увеличили производительность и гибкость производства, а также показали положительную экономическую эффективность за счет более низких затрат на листовую заготовку. Новые методы производства подтвердили свою работоспособность и на практике (производство опытной партии) доказали возможность существования.
Бесплатно
Статья
Бесплатно
Статья научная
С использованием результатов парного корреляционного анализа показана качественная оценка влияния химического состава жаропрочных никелевых сплавов на структурные изменения расплавов и параметры высокотемпературной обработки расплава.
Бесплатно
Разработка ресурсосберегающей технологии получения крупногабаритных отливок из титановых сплавов
Статья научная
Целью работы является разработка ресурсосберегающей технологии получения крупногабаритных отливок из титановых сплавов деталей авиационного назначения центробежной заливкой в оболочковые формы с использованием связующих на водной основе. В работе приведена технология получения оболочковых форм на основе водного связующего Remasol с добавлением в огнеупорную суспензию 5 % АСД-4 для центробежного литья титановых сплавов. Проведены исследования по определению величины альфированного слоя на реальных отливках. Показана возможность использования оболочковых форм на основе водного связующего Remasol и комбинированных оболочковых форм для литья титановых сплавов. По результатам механических испытаний и исследований альфированного слоя разработана технология изготовления оболочковых форм для литья крупногабаритных отливок. Предложено использовать в качестве связующего для изготовления оболочковых форм связующее Remasol с добавлением в суспензию АСД-4 в количестве 5 %. Для проверки рекомендованных связующих материалов в реальных условиях по разработанной технологии были изготовлены керамические оболочковые формы отливок деталей и залиты совместно с формами, изготовленными по серийной технологии. Заливка блоков производилась в вакуумной электродуговой плавильно-заливочной установке 833Д сплавом ВТ20Л. Для того чтобы все блоки находились в одинаковых условиях, они были помещены в один контейнер. Заливка собранного контейнера проходила без отклонений от серийной технологии. Формы, изготовленные по разработанным технологиям, залились без разрушения. Визуально отливки, залитые в экспериментальные оболочковые формы после отделения керамики, не имели отличий от отливок, залитых в оболочковые формы, изготовленные по серийной технологии.
Бесплатно
Разработка ресурсосберегающих технологий сварки жаропрочных хромистых сталей
Статья научная
Разработана ресурсосберегающая технология сварки, позволяющая исключить операции подо¬грева и полной термической обработки (ТО) при сварке однородными электродами и полностью исключить операции ТО при сварке аустенитными сварочными материалами. Показано, что за счет применения технологии с регулированием термических циклов (РТЦ), за счет регулируемого сопутствующего охлаждения, происходит улучшение структурно-механической неоднородности в околошовных зонах (ОШЗ) сварных соединений, а также формируется специфическая структура с повышенной трещиностойкостью.
Бесплатно
Разработка технологии и освоение производства труб диаметром 2520 мм
Статья научная
Укрепление береговых линий в условиях Крайнего Севера является сложной и технически трудновыполнимой задачей. Для минимизации неконтролируемых природных катаклизмов и достаточно суровых погодных условий, а также в связи с большими объемами портов укрепление береговой линии производится трубным шпунтом и сваями диаметром 2520 мм. Продукция является востребованной и высокомаржинальной. Данный сортамент ранее не производился в промышленных масштабах в компании ПАО «ТМК» и в целом на территории РФ. Единственным способом, который позволяет получать требуемую заготовку, является способ JCOE. В данной статье описаны основные этапы освоения труб диаметром 2520 мм. 1. С использованием современных методов инженерного анализа, основанных на методе конечных элементов (МКЭ), была проведена оценка технической возможности производства труб, а также разработка технологических режимов подгибки и формовки труб. 2. Проведен анализ влияния механических свойств на геометрические показатели готовой продукции. Предложена новая методика контроля геометрии трубной заготовки в процессе шаговой формовки с последующей предиктивной аналитикой. Получены уравнения множественной регрессии, позволяющие оценить влияние изменения контролируемых размеров листовой заготовки в процессе шаговой формовки. 3. С использованием современных пакетов CAD-моделирования был разработан и спроектирован новый автоматизированный участок по сборке заготовок. 4. Разработана технологическая схема производства труб нового сортамента. 5. Проведены опытные работы по производству труб. Разработанный новый способ производства труб диаметром 2520 мм расширил существующий сортамент предприятия, а также показал положительную экономическую эффективность за счет высокой маржинальной стоимости. Новый метод производства подтвердил свою работоспособность и на практике (производство опытной партии) доказал возможность существования.
Бесплатно
Разработка технологии изготовления труб с заданным внутренним диаметром 6,0-12,0 мм
Статья научная
Приведены результаты научно-исследовательской работы по освоению на ОАО «Синарский трубный завод» (ОАО «СинТЗ», г. Каменск-Уральский) технологии изготовления стальных труб с заданным внутренним диаметром 6,0-12,0 мм. Для выявления особенностей предлагаемой технологии был выполнен ряд экспериментальных исследований и опытно-промышленных работ. Было показано, что эффективным является использование способа волочения на самоустанавливающейся оправке. С учетом разработанной оригинальной аналитической зависимости определения силовых параметров процесса волочения на самоустанавливающейся оправке определены основные параметры технологии: рациональные профилировки технологического инструмента и режимы деформации. Выполнена оценка эффективности применения технологических смазок, приведены рекомендации по выбору оборудования. Технико-экономическая оценка предлагаемых решений показала, что эффективным процессом для изготовления труб указанного сортамента является бунтовое волочение. Разработаны предложения по организации участка бунтового оправочного волочения в условиях ОАО «СинТЗ» с учетом совершенствования всей технологической схемы изготовления холоднодеформированных труб. Предложены эффективные технические решения, оформленные как объекты интеллектуальной собственности.
Бесплатно
Разупрочнение нагартованного сплава АМГ6 при скоростном нагреве в интервале температур 100...300°С
Статья научная
Экспериментально изучена и проанализирована кинетика разупрочнения нагартованного сплава АМг6 в зависимости от температурно-временных параметров скоростного нагрева в интервале температур 100...300 °С. Показано, что уменьшение предела текучести при скоростном нагреве в исследованном интервале температур происходит значительно быстрее по сравнению с изменением предела прочности, а интенсивность разупрочнения определяется температурой нагрева.
Бесплатно
Распределение деформаций при волочении металла в смещенных парах роликов
Статья научная
Представлены результаты экспериментального исследования влияния соотношения деформаций в парах роликов на уширение металла при волочении проволоки прямоугольного сечения. Проведенные ранее исследования показали, что стабильность свободного размера прямоугольного профиля при прочих равных условиях определяется соотношением величины деформации металла в парах роликов, причем наименьшие отклонения этого размера были зафиксированы при максимальной величине уширения металла во второй паре роликов. При этом суммарная величина относительного обжатия металла, обеспечивающая при заданном значении величины деформации в первой паре роликов максимальное уширение металла во второй паре роликов, во всех случаях волочения проволоки из стали 65Г остается постоянной. Целью исследования была проверка соблюдения указанной закономерности при роликовом волочении других материалов, в качестве которых были выбраны медь М1 и титановый сплав ВТ1-00. Для исследований использовали волоку с роликами диаметром 170 мм. Методика проведения исследования заключалась в том, что при фиксированных значениях величины обжатия заготовки в первой паре роликов, с определенным шагом изменяли величину обжатия металла во второй паре роликов. На каждом шаге эксперимента фиксировали размер стороны готового прямоугольного сечения металла, формируемый свободным течением металла во второй паре роликов. Каждый опыт повторяли пятикратно, результаты усредняли. По полученным точкам строили кривые зависимости уширения металла во второй паре роликов от величины относительного обжатия в этой паре роликов для различных значений относительного обжатия в первой паре роликов. В результате исследований показано, что максимум величины уширения металла во второй паре роликов наблюдается при определенной суммарной величине обжатия, характерной для конкретного материала, подвергаемого деформации волочением. Обнаруженная закономерность распределения деформаций в волоке со смещенными парами роликов может быть использована при проектировании режимов изготовления металлоизделий в виде прутков, проволоки и труб различного сечения.
Бесплатно
Статья научная
Термодиффузионное насыщение поверхности сплавов двумя и более элементами остается малоизученным несмотря на большой практический и научный интерес, который представляет подобный метод химико-термической обработки. Одновременное введение нескольких элементов позволяет значительно сократить продолжительность обработки изделий и получить на поверхности изделия многофазный состав, что открывает широкие возможности для придания изделиям уникальных технологических и эксплуатационных свойств. В статье описаны особенности распределения хрома и ванадия при совместном термодиффузионном насыщении стали 35Х2Н3 при температуре 1000 °С. Предлагаемая методика анализа основана на возможностях рентгеноспектрального микроанализа (РСМ) диффузионных слоев на поперечных микрошлифах полученных образцов. Контроль элементного состава диффузионного слоя проводили на универсальном сканирующем (растровом) электронном микроскопе JEOL JSM-6460 LV. Исследование микроструктуры осуществлялось на оптическом металлографическом микроскопе Axio Observer D1.m. Рентгенофазовый анализ проводился на диффрактометре Rigaku Ultima IV. Измерение твердости проводилось на микротвердомере FM-800 при нагрузке 100 г. Получены данные о качественном и количественном распределении хрома и ванадия в поверхностном слое стали. Показано, что формирующееся диффузионное покрытие имеет следующее строение: бесструктурный внешний слой, состоящий преимущественно из карбидов и нитридов хрома и ванадия, → область столбчатых кристаллов (испытывающая γ→α превращение при охлаждении), состоящая преимущественно их твердого раствора Cr1,0V0,4Fe0,3, → частично обезуглероженная α-фаза → основной металл. Определены коэффициенты диффузии хрома и ванадия: в α-фазе DCr = 1,3•10-15 м2/с; DV = 1,8•10-14 м2/с; в γ-фазе DCr = 1,13•10-15 м2/с; DV = 1,3•10-15 м2/с. Микротвердость внешнего поверхностного слоя составила 1400-1980 H, диффузионного слоя в основном металле - 630-790 HV, основного металла - порядка 540-510 HV.
Бесплатно
Статья научная
Химико-термическая обработка (ХТО) конструкционных деталей, работающих в условиях износа, трения, ударных нагрузок, позволяет получить уникальную комбинацию свойств поверхности и сердцевины изделия. Однако такие традиционные способы ХТО, как цементация и азотирование, способствуя улучшению механических характеристик поверхности, подходят не для всех видов сталей. Более эффективными с точки зрения достигаемого комплекса свойств являются методы диффузионной металлизации, в частности - термодиффузионное хромирование. В настоящее время хромирование проводится как путем насыщения металла одним элементом - хромом, так и многоэлементными смесями. В статье описана технология термодиффузионного насыщения стали 35Х2Н3 хромом и вольфрамом при температуре 1000 °С. Приводится методика анализа полученного покрытия, основанная на возможностях рентгеноспектрального микроанализа (РСМ) диффузионного слоя на поперечных микрошлифах полученных образцов. Контроль элементного состава диффузионного слоя проводили на универсальном сканирующем (растровом) электронном микроскопе JEOL JSM-6460 LV. Исследование микроструктуры осуществлялось на оптическом металлографическом микроскопе Axio Observer D1.m. Рентгенофазовый анализ проводился на диффрактометре Rigaku Ultima IV. Измерение твердости проводилось на микротвердомере FM-800 при нагрузке 100 г. Получены данные о качественном и количественном распределении хрома и вольфрама в поверхностном слое стали. Показано, что формирующееся термодиффузионное покрытие состоит из твёрдого раствора замещения на основе Cr-Fe с ОЦК-решеткой, карбидов хрома и вольфрама. Глубина внешнего покрытия на образце составила порядка 20 мкм, глубина диффузионного слоя в основном металле - 50-55 мкм. Отмечено отсутствие обезуглероженного участка в поверхностном слое основного металла. Определены средние коэффициенты диффузии хрома: в α-фазе хрома составил DCr = 3,58•10-13 м2/с; в γ-фазе железа - DCr = 2,83•10-15 м2/с. Микротвердость внешнего поверхностного слоя составила 1800-2000 HV, диффузионного слоя в основном металле - 1300-550 HV, основного металла - порядка 540-510 HV.
Бесплатно
Статья научная
Известные способы химико-термической обработки конструкционных деталей, таких как цементация, азотирование, технологии диффузионной металлизации, позволяют получить уникальную комбинацию свойств поверхности и сердцевины изделия. Положительный опыт использования способов многоэлементного диффузионного насыщения открывает перспективы для разработки способов комплексного насыщения. В статье описаны особенности термодиффузионного насыщения стали 35Х2Н3 хромом и молибденом при температуре 1000 °С. Приводится методика анализа полученного покрытия, основанная на возможностях рентгеноспектрального микроанализа (РСМ) диффузионного слоя на поперечных микрошлифах полученных образцов. Контроль элементного состава диффузионного слоя проводили на универсальном сканирующем (растровом) электронном микроскопе JEOL JSM-6460 LV. Исследование микроструктуры осуществлялось на оптическом металлографическом микроскопе Axio Observer D1.m. Рентгенофазовый анализ проводился на диффрактометре Rigaku Ultima IV. Измерение твердости проводилось на микротвердомере FM-800 при нагрузке 100 г. Получены данные о качественном и количественном распределении хрома и молибдена в поверхностном слое стали. Показано, что формирующееся термодиффузионное покрытие состоит преимущественно из твёрдого раствора замещения на основе Cr-Fe-Mo с ОЦК-решеткой и карбидов хрома и молибдена. Глубина внешнего покрытия на образце составила порядка 20 мкм, глубина диффузионного слоя в основном металле - порядка 25 мкм. Отмечено отсутствие обезуглероженного участка в поверхностном слое основного металла. Определены средние коэффициенты диффузии хрома и молибдена: в α-фазе хрома DCr = 6,6•10-15 м2/с и DMo = 4,35•10-16 м2/с соответственно; в γ-фазе железа DCr = 2,95•10-15 м2/с, DMo = 2,48•10-16 м2/с соответственно. Микротвердость внешнего поверхностного слоя составила 1400-1980 HV, диффузионного слоя в основном металле - 1000-600 HV, основного металла - порядка 540-510 HV.
Бесплатно
Растворимость висмута и свинца в жидком и твердом железе
Статья научная
Получены экспериментальные данные о кинетических характеристиках процессов растворения висмута и свинца в твердом и жидком железе при различных температурах и давлениях газовой фазы. Получены экспериментальные данные о растворимости висмута и свинца в чистом жидком и твердом железе при различных температурах. Рассчитаны аналитические зависимости растворимостей висмута и свинца в чистом железе от температуры (в жидком и твердом состоянии).
Бесплатно
Статья научная
Экспериментально определена растворимость висмута и свинца в тройных сплавах железа с кремнием, никелем, марганцем и хромом при температуре 1600 °С. Изучены растворимости висмута в сплавах железа с хромом (до 24,14 %), марганцем (до 5,02 %), кремнием (до 2,78 %), никелем (до 12,68 %) и свинца в сплавах железа с хромом (до 15,26 %), марганцем (до 5,53 %), кремнием (до 15,12 %), никелем (до 15,01 %).Для проведения опытов использовали печь высокого давления, установленную на кафедре общей металлургии Южно-Уральского государственного университета. Эксперименты по определению растворимости висмута и свинца в жидком железе проводилось через газовую фазу.В присутствии марганца и никеля растворимость висмута увеличивается, при введении кремния - уменьшается; влияние хрома незначительно. Кремний и хром при температуре 1600 °С понижают растворимость свинца в сплаве, а марганец и никель ее увеличивают. Определены параметры взаимодействия висмута и свинца (первого и второго порядка) с легирующими элементами в изученных сплавах.По экспериментальным зависимостям вычислены параметры взаимодействия висмута для соответствующего легирующего элемента в тройных сплавах при температуре 1600 °С первого ( e(Si) = 0,1148;(Mn) Bi= -0,0512; e(Ni)= -0,052; e(Cr)= 0,0011) и второго порядка ( r(Si)= -0,0113;(Mn) Bi= -0,0004;(Ni) Bi= -0,0013; r (Mn)= 0,0002) и свинца (параметры взаимодействия первого порядка: e(Si)= 0,0372;(Mn) Pb(Ni)= -0,066;(Ni) Pb(Cr)= -0,0071;(Cr) Pb= 0,0039 и второго порядка(Si) Pb= -0,0002;(Mn) Pb= -0,0015;rPb= -0,0021;rPb= 0,0003) для соответствующего легирующего элемента в тройных сплавах при температуре 1600 °С.Получены зависимости логарифма коэффициента активности висмута, а также свинца от содержания кремния, марганца, хрома и никеля в сплавах на основе железа. Проведен сравнительный анализ растворимости свинца и висмута в железоникелевом сплаве при температурах 1550, 1600 и 1650 °С.
Бесплатно
Растворимость фосфатов редкоземельных металлов в карбонатно-щелочных системах
Статья научная
Статья посвящена исследованию процесса растворения фосфатов некоторых редкоземельных металлов (РЗМ) в карбонатно-щелочных системах. В качестве объекта исследования рассмотрены модельные осадки фосфатов тяжелых РЗМ - гольмия и иттербия; РЗМ средней массы - самария и гадолиния; легкого РЗМ - неодима, а также иттрия, который не является лантаноидом. Фосфаты РЗМ представляют собой примесные компоненты, входящие в состав промышленного отхода фосфогипса (ФГ). По различным оценкам ежегодно в России образуется от 10 до 15 млн тонн такого отхода, что влечет за собой возникновение экологических проблем в местах его захоронения. Для рационального использования минерального сырья необходимо разработать такое решение, которое позволит переработать фосфогипс в коммерчески ценные продукты, одним из которых может быть концентрат редкоземельных металлов. Редкоземельные металлы получили широкое применение в различных отраслях: оборона, энергетика, электроника, металлургия, катализ и другие. Однако малые объемы производства и отсутствие полного цикла производства некоторых РЗМ вынуждают осуществлять их закупку за рубежом. Таким образом, исследование направлено на достижение экономической стабильности и технологического суверенитета Российской Федерации. В статье представлено описание влияния температуры, концентрации карбонатного раствора, межфазного отношения и скорости перемешивания на процесс растворения фосфатов РЗМ. В рассматриваемом концентрационном диапазоне при температуре 90 °С максимальные равновесные степени извлечения в раствор составили: E(Ho) = 75,6 %; E(Yb) = 85,5 %; E(Nd) = 62,5 %; E(Gd) = 71,6 %; E(Y) = 73,1 %; E(Sm) = 46,1 %. Результаты экспериментального исследования относятся к части термодинамического анализа системы REEPO4 - K2CO3, которые в дальнейшем могут быть использованы при моделировании процесса попутного извлечения РЗМ из техногенных отходов, в частности фосфогипса, методом жидкостной карбонатно-щелочной конверсии.
Бесплатно
Расчет и моделирование охлаждения крупных поковок
Статья научная
Приведена методика расчета нестационарного температурного поля цилиндрических поковок при охлаждении на воздухе тремя различными методами (аналитическим и численными: методом конечных элементов и методом конечных разностей). По результатам расчета приведено сравнение с экспериментальными данными.
Бесплатно
Расчет и моделирование тепловых потерь в термических печах с многослойной футеровкой
Статья
Бесплатно
Расчет изотермических сечений фазовой диаграммы системы Cu-Si-Ni
Статья научная
Используя приближение теории субрегулярных растворов, рассчитаны изотермические сечения фазовой диаграммы состояния Cu-Si-Ni для температур, характерных для медеплавильного производства. Уточнены и сведены воедино значения необходимых для расчета термодинамических параметров. Определены условия, при которых в равновесии с металлическим расплавом будут находиться силициды никеля.
Бесплатно
