Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 842
Ближнее упорядочение атомов и мартенситное превращение в сталях, легированных хромом
Статья научная
Работа поддержана грантами РФФИ 07-03-96021, НШ-5965.2006.3 и грантом Президента РФ МК-3549.2007.8.
Бесплатно
Статья научная
Работа поддержана грантами РФФИ 07-03-96021, НШ-5965.2006.3 и грантом Президента РФ МК-3549.2007.8.
Бесплатно
Ближнее упорядочение в твёрдых растворах железо-марганец-углерод
Статья научная
Рассчитаны равновесные параметры ближнего порядка в аустените сплавов Fe-Mn-C и кинетика их изменения при изотермической выдержке. Проанализировано влияние ближнего упорядочения на свободные энергии аустенита и мартенсита и на положение мартенситной точки. Работа поддержана грантами РФФИ 07-03-96021, НШ-643.2008.3 и Минобрнауки № НК-102П.
Бесплатно
Вакуумно-ультразвуковая обработка самотвердеющих суспензий в художественном литье
Статья научная
В настоящее время для изготовления художественных отливок из цветных сплавов перспективным является литье по выплавляемым моделям в монолитные гипсовые формы. Наибольшее распространение получил Capaco-process, заключающийся в проведении высокотемпературной прокалки форм для удаления модельного состава и увеличения прочности за счёт частичного спекания формовочной массы. Однако остаётся высокой вероятность появления поверхностных дефектов на отливках в виде наростов и наплывов из-за высокой адсорбции пузырьков воздуха на поверхности выплавляемых моделей. Для предотвращения этого применяют дегазацию смеси путём вибровакуумирования, которое проводят в два этапа: после затворения и перемешивания формовочной массы в промежуточной ёмкости и после заливки смеси в опоку с моделью. Вибровакуумирование позволяет в достаточной степени дегазировать невысокие формы для мелких, простых моделей и является малоэффективным при изготовлении сложнопрофильных тонкорельефных художественных отливок. В статье представлен способ изготовления форм из самотвердеющих смесей для литья по выплавляемым моделям. Он основан на использовании вакуумно-ультразвуковой обработки суспензий. Вакуумно-ультразвуковая обработка обеспечивает наибольший эффект дегазации для любых размеров форм. Кроме того, имеющие место акустические течения обеспечивают вывод пузырьков из поднутрений и «карманов» сложнопрофильных, тонкорельефных моделей, что позволяет проводить указанную технологическую операцию в один этап после заливки суспензии в опоку. Для эффективной дегазации самотвердеющей суспензии разработана методика расчета параметров вакуумно-ультразвуковой обработки. В результате появляется возможность управлять процессом их дегазации, что обеспечивает качественное формообразование для производства художественных изделий.
Бесплатно
Вариационные методы исследования уплотнения порошков при компактировании
Статья научная
Представлен анализ известных вариационных методов, применяемых при решении задач уплотнения порошков, предложен вариант вариационного функционала, применение которого рассмотрено для исследования процесса уплотнения порошковой композиции на основе карбида вольфрама.
Бесплатно
Вероятностно-статистическая модель бездефектности сварного соединения
Статья научная
Предложена вероятностно-статистическая модель бездефектности сварного соединения, учитывающая особенности технологического процесса изготовления сварных изделий, находящегося в стабильном и статистически управляемом состоянии.
Бесплатно
Взаимодействие ZrO2 в расплавах системы А1203- ZrO2 с добавками оксидов подгруппы лантана
Статья обзорная
Бесплатно
Взаимодействие вакансий и атомов, образующих в альфа-железе растворы замещения
Статья научная
Представлены результаты первопринципных расчётов в пакете WIEN2k энергии связи вакансии в α-железе с примесями Pd, Ti, V и Cr, располагающимися в первой - третьей координационных сферах вакансии. Энергия связи для Pd и Cr достигает 0,3 эВ, а для V и Cr составляет менее 0,1 эВ. При этом для атомов Pd и Cr она положительна и монотонно убывает по мере удаления от вакансии, а для Ti и V положительна в первой и третьей координационных сферах и отрицательна во второй. Разработана статистико-термодинамическая теория образования вакансий в разбавленных растворах замещения с учётом ближнего взаимодействия вакансий с растворёнными атомами. Расчёты показывают, что легирование железа палладием и титаном может приводить к многократному увеличению равновесной концентрации вакансий; эффект ванадия и хрома значительно слабее.
Бесплатно
Статья обзорная
Бесплатно
Взаимодействие химически активных расплавов с материалами керамических форм в вакууме
Статья научная
Для получения точных отливок из химически активных расплавов традиционно используют специальный способ точного литья по удаляемым моделям, состоящий в изготовлении керамических форм на этилсиликатном связующем и дальнейшей заливке расплавом в вакууме. Вместе с тем при формировании отливок ответственного назначения заливкой титановых и жаропрочных никелевых сплавов в вакууме действующая технология вызывает высокий брак из-за выявления различных поверхностных дефектов литья, которые недопустимы при работе деталей в условиях действия многократно повторяющихся перепадов температур и знакопеременных механических нагрузок. Анализ показал, что основной причиной указанной дефектности является отсутствие термохимической устойчивости керамических корундовых форм на этилсиликатном связующем к взаимодействию с заливаемыми титановыми и жаропрочными никелевыми сплавами в вакууме. Возможность получения качественных отливок из химически активных сплавов сводится к использованию в качестве связующего керамических форм материалов, обладающих устойчивостью к термической диссоциации в вакууме при температурах нагрева 1913-1973 К. Для этого предложено использовать бескремнеземное связующее - водный раствор алюмоборфосфатного концентрата. Состав формы, изготовленной по предлагаемой технологии, в которой отсутствует кремнезем, исключил вредное влияние процессов окисления в вакууме на качество отливок из химически активных сплавов. Керамические электрокорундовые формы на алюмоборфосфатном концентрате обладают устойчивостью к термической диссоциации и взаимодействию с заливаемыми в вакууме химически активными металлами. Это позволит снизить дефектность по неметаллическим включениям и повысить качество точных отливок из титановых и жаропрочных никелевых сплавов.
Бесплатно
Взаимодействия расплавленного шлака с твердой фазой красного шлама
Статья научная
Актуальнейшей современной задачей цветной металлургии является замена экологически опасного складирования красного шлама (КШ), отхода производства глинозема из бокситов, его полной переработкой. Необходим поиск соответствующих промышленных технологий. Одной из них, как показала данная работа, является использование КШ при грануляции расплавленных шлаков. Граншлак устойчиво используется в больших количествах при производстве цементов, в дорожном строительстве, сельском хозяйстве и в других областях техники и технологий. Особенностью процесса получения граншлака является активное взаимодействие расплавленного металлургического шлака с охлаждающей жидкостью. Одновременно и мгновенно происходят затвердевание шлака и разрыв массы последнего в атмосфере острого пара на мелкие частицы из-за возникающих критических напряжений. Проблема состоит в том, что при грануляции шлаков, как правило, содержащих серу, в атмосферу выделяется большое количество вредных веществ: оксидов серы и в основном сероводорода. Его концентрация на рабочих площадках участков грануляции многократно превышает ПДК. Для борьбы с этим явлением в состав охлаждающей жидкости чаще всего вводят обладающие сорбционными свойствами тонкодисперсные известь или известняк, что связано с большими затратами. В данной работе изучались аналогичные свойства тонкодисперсного красного шлама. Проведены лабораторные и промышленные испытания. Обнаружено, что с его помощью концентрация сернистых газов на рабочих площадках грануляции может быть уменьшена на 2 порядка. Важно, что новый граншлак, названный в данном случае «шламошлаком», не уступает обычному по основным технологическим свойствам.
Бесплатно
Взаимосвязь текстур деформации и рекристаллизации в технически чистом алюминии
Статья научная
Структура и текстура проволоки из технически чистого алюминия были исследованы после прокатки с суммарной степенью деформации 90 % и отжигов при температурах 200 и 500 °C. Основной метод исследования - ориентационная микроскопия с использованием дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD). В результате деформации по всему сечению проволоки была сформирована структура, состоящая из вытянутых зерен, характеризующихся наличием ограниченной текстуры, состоящей из компонент: слабой {110} и сильной {112}, но при этом рассеянной поворотом вокруг направления прокатки. В результате рекристаллизации была сформирована разнозернистая структура, характеризующаяся бимодальным распределением размеров зерен. При рекристаллизации формировались и росли зерна со следующими ориентациями: {112}, находящаяся в области рассеяния деформационной компоненты; близкая к {100}, образованная поворотом вокруг оси на 52° от деформационной компоненты {112} {112}, образованная поворотом вокруг оси на 52° от деформационной компоненты {110}. Формирование текстуры рекристаллизации было объяснено подвижностью в металле с ГЦК-решеткой специальной РСУ границы Σ25b, появлению которой предшествовало образование соответствующих специальных разориентаций между компонентами деформационной текстуры.
Бесплатно
Взаимосвязь усредненного и парциальных коэффициентов перехода элементов при ручной дуговой сварке
Статья научная
Описана методика оценки усредненного и парциальных коэффициентов перехода элементов при ручной дуговой сварке. При сварке покрытыми электродами состав наплавленного металла и его сварочно-технологические свойства зависят от условий плавления стержня и покрытия и взаимодействия образовавшихся фаз друг с другом и газом. Состав наплавленного металла может быть определен, если известны общие, усредненные коэффициенты перехода элементов. Последние находят чаще всего экспериментально для конкретных условий сварки, что не позволяет гарантировать точность прогноза при изменившихся условиях. В связи с этим была поставлена задача разработки методики определения парциальных коэффициентов перехода элементов, т.е. коэффициентов перехода на каждой стадии нагрева и плавления, и их зависимости от параметров режима сварки. При плавлении электрода протекают следующие процессы в дуговом промежутке: - плавление стержня электрода и формирование капель металла; - плавление металлической части покрытия электрода (ферросплавов) и формирование капель металла; - плавление неметаллической части покрытия электрода (оксидов, органических соединений) и формирование капель шлака; - удаление газообразных компонентов из зоны сварки; - восстановление металлических компонентов из оксидов шлака. Общий коэффициент перехода элемента показывает, какая доля элемента теряется в процессе сварки. Анализ процессов, протекающих при нагреве и плавлении электрода, позволил найти взаимосвязь общего (усредненного) коэффициента перехода с парциальными коэффициентами, выраженную количественно. Приведены уравнения, которые позволили на основе экспериментальных и справочных данных найти парциальные коэффициенты перехода элементов. Эксперимент позволил найти значения масс сварочной и шлаковой ванн при заданных параметрах режима, а также установить зависимость между массами сварочной и шлаковой ванн и мощностью дуги. Были рассчитаны парциальные и усредненные коэффициенты перехода углерода и марганца в наплавленный металл при ручной дуговой сварке электродами УОНИ 13/55 диаметром 4 мм. В результате обработки экспериментальных и расчетных данных получены регрессионные уравнения для расчета парциальных коэффициентов перехода в зависимости от параметров режима, которые можно использовать для прогнозирования состава наплавленного металла.
Бесплатно
Влияние азота и нитридообразующих элементов на прокаливаемость борсодержащей стали
Статья научная
Изучено влияние концентрации растворенного в стали азота и малых добавок вводимых нитридообразующих элементов на прокаливаемость борсодержащей марганцовисто-ванадиевой стали 40ГФ-ВИ. Показано, что увеличение концентрации азота с 0,004 до 0,015 % увеличивает прокаливаемость стали. Установлено, что при низком содержании в стали азота (0,004 %) уже небольшого количества титана (около 0,02 %) оказывается достаточно для его связывания в нитриды, что позволяет сохранять большую часть бора в активном состоянии (в твёрдом растворе). При содержании азота в пределах 0,010-0,015 %, что характерно для металла электродуговой плавки, остаточное количество титана и алюминия в пределах 0,015-0,020 % каждого недостаточно для связывания всего азота. В результате часть азота расходуется на образование нитридов бора, что уменьшает эффект влияния последнего на прокаливаемость марганцовисто-ванадиевой стали, микролегированной бором.
Бесплатно
Влияние азота на механические свойства и технологическую пластичность аустенитной стали
Статья научная
Изучено влияние азота (до 0,30 мас. %) на макроструктуру, механические свойства и технологическую пластичность хромоникельмарганцевой стали в сравнении с низкоуглеродистой аустенитной хромоникелевой сталью 03Х18Н11. Изучение макроструктуры слитков опытных сталей в продольном и поперечном направлении показало изменение механизма кристаллизации металла. Добавка азота приводит к уменьшению ширины столбчатых и увеличению зоны равноосных кристаллов, а также вызывает измельчение зерна и уменьшение усадочной рыхлости при одинаковых условиях кристаллизации и охлаждения слитка. Показано, что увеличение концентрации азота в стали приводит к существенному возрастанию прочностных свойств (на 30-60 %) стали при практически неизменной пластичности металла в условиях испытаний при комнатной температуре. С увеличением температуры испытаний происходит постепенное выравнивание прочностных свойств азотистой стали и 03Х18Н11. Наряду с этим обнаружено существенное уменьшение технологической пластичности (~ в 1,5-2,0 раза) азотистой стали при температурах горячей деформации аустенитных сталей. Данное обстоятельство свидетельствует о необходимости изучения вопроса о микролегировании опытной стали бором или редкоземельными металлами для исключения больших потерь на зачистку по поверхностным дефектами в случае промышленного освоения азотистой хромоникельмарганцевой аустенитной стали. Дополнительно оценивали хладоломкость стали с азотом при отрицательных температурах вплоть до -196 °C. Установлено, что до проведения испытаний содержание альфа-фазы в металле составляло менее 1,0 %, а при исследовании разрушенных ударных образцов после испытаний на хладноломкость на поверхности излома обнаружена магнитная фаза в количестве 1,4 % при температуре испытания -100 °С и 2,2 % при температуре испытания -196 °С, что свидетельствует о деформационной природе их возникновения и объясняет снижение ударной вязкости стали с уменьшением температуры испытаний.
Бесплатно
Влияние алюминия на электросопротивление никельалюминиевых сплавов
Статья научная
Изучены температурные и концентрационные зависимости удельного электросопротивления сплавов системы «никель - алюминий» в жидком состоянии. Вид политерм ρ определяется исходным фазовым составом сплавов. Гистерезис политерм связан с устранением влияния на расплав структуры и фазового состав исходных твердых образцов и переходом системы в равновесное и однородное состояние, что способствует большему структурному упорядочению интерметаллидов. Экспериментальные данные свидетельствуют о нелинейной волнообразной концентрационной зависимости изотермы удельного электросопротивления никелевых сплавов с содержанием алюминия до 35 мас. %. В этой концентрационной области возможно существование твердого раствора алюминия в никеле (до 10 мас. %), а также появление интерметаллидных фаз Ni 3Al и NiAl. С использованием некоторых положений теории перколяций и модели микронеоднородного строения расплавов качественно объяснен характер изменения волнообразной изотермы электросопротивления никельалюминиевых расплавов. Вследствие разной электроотрицательности атомов система Ni-Al из-за искажения структуры электронной и атомной подсистем никеля приобретает избыточный заряд. Это способствует локальному атомному упорядочению и образованию кластеров (микрогруппировок), характер упорядочения в которых отличается от микрообластей никеля, находящихся вне энергетического поля заряда. С появлением кластеров для электронов проводимости в системе возникает дополнительный фактор рассеяния. С увеличением концентрации алюминия в сплаве возрастает количество электронов проводимости, приходящихся на один атом. Во-вторых, в соответствии с положениями теории перколяций постепенно формирующиеся кластеры создают сначала цепочки, а затем зоны перекрытия, способствующие повышению проводимости сплавов, содержащих до 10 ат. % Al.
Бесплатно
Влияние бария на контактное взаимодействие стали Х18Н10Т с оксидными материалами
Статья обзорная
Бесплатно
Влияние ближнего упорядочения на мартенситное превращение в сплавах железо-никель-углерод
Статья научная
Представлена теория термодинамики и кинетики ближнего упорядочения в сплавах Fe-Ni-C, основанная на общем подходе М.А. Штремеля. Рассчитаны равновесные параметры ближнего порядка и кинетика их установления в ходе изотермической выдержки для ряда сплавов. Рассчитано влияние изменения ближнего порядка на свободные энергии аустенита и образующегося из него мартенсита, а также снижение мартенситной точки под влиянием упорядочения. Результаты расчёта сопоставлены с имеющимися экспериментальными данными о термической стабилизации аустенита сплавов Fe-Ni-C при выдержке над Ms.
Бесплатно
Статья научная
В работе приведены расчетные равновесные фазовые диаграммы многокомпонентных свинцовых латуней типа ЛС59-1, в составе которых варьировалось количество как основных компонентов (Zn, Pb), так и примесей (Fe, Al, Si и др.). Термодинамическое фазовое равновесие в сплавах Cu-Zn, составляющих основу латуни ЛС59-1, определялось с помощью базы данных FTLite и пакета термохимического программного обеспечения FactSage 8.0 (и более поздних версий), позволяющих вычислять условия для многофазного, многокомпонентного равновесия. Установлено, что в равновесном состоянии в данных сплавах присутствуют в качестве основных фаз β-, α-твердые растворы с решетками ОЦК и ГЦК соответственно, а также жидкий раствор на основе легкоплавкого свинца; причем количество β-фазы убывает, а α-фазы увеличивается с понижением температуры. Примеси частично растворяются, чаще в ОЦК-фазе. Кроме того, на их основе формируются твердые и хрупкие частицы неметаллических включений, образовавшихся ещё при кристаллизации. С увеличением содержания свинца и примесей понижается температура солидуса весьма заметно. Полученные равновесные диаграммы дают полезную информацию при анализе процессов и структуры промышленных сплавов. Так при неравновесной кристаллизации температуры конца кристаллизации понижается более существенно, что нужно учитывать при назначении режима горячей деформации. Фазовый и структурный составы изученных латуней при температуре 730 °С в равновесном состоянии и охлажденных после горячей штамповки с этой же температуры в промышленных условиях не совпадают не только количественно, но и качественно. В первом случае сплавы № 1 и 5 являются двухфазными - (α + β), остальные (№ 2, 3, 4) - однофазными с β-структурой. В готовых изделиях материал № 2 - это α-латунь, остальные сплавы - двухфазные.
Бесплатно
Влияние висмута на фазовые равновесия, реализующиеся в системах «железо - легирующий элемент»
Краткое сообщение
Проведено термодинамическое моделирование тройных систем Fe-C-Bi, Fe-Ni-Bi и Fe-Mn-Bi в интервале температур 0-1800 °C при давлении 1 бар. Моделирование проводилось с использованием программного пакета FactSage (версия 7.0). Построены вертикальные разрезы диаграмм состояния указанных тройных систем при постоянной концентрации висмута 0,1 мас. % (типичной для промышленных висмутсодержащих сталей повышенной обрабатываемости резанием). Результаты расчётов показывают, что добавление висмута в двойные сплавы «железо - легирующий элемент» уже в количестве 0,1 мас. % приводит к образованию жидкой или твёрдой фазы на основе висмута при температурах ниже температуры плавления основной массы металла во всех исследованных интервалах концентраций. При этом висмут в количестве 0,1 мас. % полностью усваивается расплавом на основе железа. В то же время довольно высокое парциальное давление висмута при температурах существования металлического расплава на основе железа свидетельствует о возможных больших потерях висмута при легировании сталей. Результаты расчёта не противоречат известным сведениям о поведении висмутсодержащих сталей при выплавке и последующей обработке; это показывает, что, несмотря на отсутствие оптимизированных описаний двойных систем Bi-C, Bi-Ni и Bi-Mn, представленная в базах данных FSstel и FactPS пакета FactSage информация может корректно и результативно использоваться для моделирования фазовых равновесий в многокомпонентных легкообрабатываемых сталях, легированных висмутом.
Бесплатно
