Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 866
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
Влияние внешних напряжений на тетрагональность мартенсита углеродистых сталей
Статья научная
Рассмотрена теория упорядочения атомов углерода в кристаллической решетке железа, основанная на идее о неравномерном заполнении октаэдрических междоузлий. Определено, что внешнее напряжение скачкообразно уменьшает параметр порядка и, соответственно, степень тетрагональности решетки. Показано, что вместе с условием экстремума свободной энергии необходимо рассмотрение условия равновесия, совместное численное решение этих уравнений позволяет определить зависимости критического напряжения, при котором параметр порядка уменьшается до нуля, от температуры и концентрации углерода. Нулевая величина параметра порядка означает равномерное распределение атомов углерода по подрешеткам и, следовательно, кубическую решетку. Методом молекулярной динамики с межчастичным потенциалом погруженного атома (ЕАМ) проведено компьютерное моделирование перераспределения атомов углерода по подрешеткам под действием внешнего напряжения. Обнаружено, что при сжатии вдоль оси Oz происходит миграция атомов углерода, в результате чего происходит смена оси тетрагональности и формируется упорядоченное состояние вдоль оси Ox или Oy, причем выбор направления осуществляется случайным образом. С помощью моделирования получены концентрационные и температурные зависимости критического напряжения. Наблюдается удовлетворительное согласие между теоретическими данными и результатами моделирования.
Бесплатно
Влияние водорода на энергию образования вакансии в ОЦК-железе
Статья научная
С помощью программного пакета WIEN-2k проведено первопринципное моде лирование взаимодействия водорода с вакансией ОЦК-железа. Определено равновесное положение водорода в ячейке и рассчитано значение энергии образования системы «водород + вакансия».
Бесплатно
Влияние высокотемпературной термомеханической обработки на свойства высокохромистой стали
Статья научная
Исследованы структура и свойства стали 20Х13 после высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО) с пластической деформацией, осуществляемой прокаткой при 950-900 °С с умеренным обжатием (30 %) и невысокой скоростью (1 с -1). Установлено, что ВТМО заметно повышает ударную вязкость стали 20Х13 в высокоотпущенном состоянии. Кроме того, такая обработка эффективно ослабляет развитие обратимой отпускной хрупкости, затрудняя развитие хрупкого интеркристаллитного разрушения.
Бесплатно
Статья научная
Стабильная работа сортовой установки непрерывной разливки стали (УНРС) в первую очередь подразумевает правильный запуск всех ручьев. Проблема со стартом ручьев кроется не только в общеизвестных факторах, но, и в незначительных мелочах. Представлено влияние геометрии металлопроводки промежуточного ковша и стартовых технологических параметров УНРС, а также показаны пути решения стартовых переливов и стартовых прорывов под кристаллизатором на сортовых УНРС. Статья написана автором на основе собственного опыта освоения стопорной разливки на сортовых УНРС на ОАО «ЧМК» и ОАО «ПНТЗ».
Бесплатно
Влияние германия и стронция на микроструктуру и механо-технологические свойства сплава АК9М2
Статья научная
Литейный алюминиево-кремниевый сплав АК9М2 широко используется в автомобилестроении для литья отливок различного назначения. Данный сплав при литье подвергается модифицированию натрием. Однако эффект модифицирования натрием не превышает 30-40 минут, что требует проведения повторной операции. В последнее время все больше в литейном производстве при литье отливок из силуминов применяются лигатуры алюминия со стронцием, которые отличаются длительным действием сохранения эффекта модифицирования вплоть до восьми и более часов, а также после 2-4 переплавов. В связи с этим в работе приведены результаты исследования влияния совместных добавок германия и стронция на механические свойства медистого силумина марки АК9М2, а также микроструктуры сплавов. Показано, что добавки стронция и германия совместно обеспечивают высокую кооперативность роста фаз в эвтектике α-Al-Si, а также упрочнение α-твердого раствора алюминия. Германий и стронций оказывают модифицирующее влияние на микроструктуру сплава АК9М2, результатом чего является рост механических свойств сплавов. При этом добавки до 0,1-0,3 % германия увеличивают жидкотекучесть сплава АК9М2 более чем в 1,3 раза. Это сопровождается уменьшением объема концентрированной усадочной раковины на 10-12 %. Добавки стронция благоприятно сказываются на жидкотекучести сплава лишь при содержании германия около 0,1 % (по массе). Положительное влияние германия на механические и литейно-технологические свойства сплава АК9М2 усиливается в присутствии стронция.
Бесплатно
Статья научная
Изучено влияние пластической деформации, осуществляемой в аустенитном состоянии, на свойства низкоуглеродистой трубной стали 04Г2Б с феррито-бейнитной структурой. Вне зависимости от условий последеформационного охлаждения и содержания в структуре бейнитной составляющей реализуется следующая закономерность. Снижение температуры деформации увеличивает прочностные свойства и вязкость при отрицательных температурах, одновременно приводя к уменьшению объемной доли бейнитной ?-фазы и мартенситно-аустенитной составляющей.
Бесплатно
Влияние горячей прокатки на анизотропию механических свойств алюминиевого сплава 6061
Статья научная
Исследовано влияние изменения скоростных режимов горячей прокатки на механические свойства плиты алюминиевого сплава 6061 системы Al-Mg-Si. Горячая прокатка осуществлялась в двух режимах: при наименьших временных затратах и при пониженной скорости прокатки. После горячей прокатки из центральной части полос отбирались образцы для определения стандартных характеристик, описывающих механические свойства материала: временное сопротивление разрыву σв, условный предел текучести σ0,2 и относительное удлинение δ. Полученные значения зафиксировали анизотропию прочностных свойств. Прочностные свойства во всех случаях были максимальны поперек направления прокатки и минимальны под углом 45° к нему. Снижение скорости прокатки привело к большему упрочнению. Пластические свойства плиты оказались практически изотропными. Ориентационный анализ образцов, основанный на дифракции обратно рассеянных электронов (Electron Backscatter Diffraction - EBSD), показал, что вне зависимости от режима горячей прокатки наблюдалась ярко выраженная кристаллографическая текстура. Основными компонентами текстуры являлись ориентировки: две из {110}, две из {112}, а также (001)[010] и (110)[001]. С помощью программного обеспечения системы анализа Oxford Instruments для одноосного напряженного состояния рассчитывались факторы Тейлора, представляющие собой кристаллографические характеристики относительной прочности материала. Полученные величины факторов Тейлора для образцов, отобранных на механические испытания, подтвердили, что анизотропия прочностных свойств горячекатаной алюминиевой плиты в основном определяется текстурой материала, показателем которой является усредненный по кристаллографическим ориентировкам фактор Тейлора.
Бесплатно
Статья научная
Цель работы состоит в оценке относительной энергии границ зерен гафниевой бронзы, продеформированной методом динамического канально-углового прессования (ДКУП), с помощью сканирующей туннельной микроскопии. В процессе работы проведены следующие исследования. 1. Отработана методика пробоподготовки образцов Cu-Hf, подвергнутых интенсивной пластической деформации (ИПД) методом ДКУП, для последующих исследований методом туннельной сканирующей микроскопии, обеспечивающая усредненное значение среднеквадратичной шероховатости поверхности около 2 нм. 2. С помощью сканирующей туннельной микроскопии получены изображения структуры поверхности гафниевой бронзы, которые обработаны с помощью программы-приложения Gwyddion. В результате рассчитаны профили границ зерен, на основании которых вычислялись значения двугранных углов у дна канавок травления и рассчитывались относительные энергии границ зерен. 3. Установлено, что после деформации ДКУП средняя относительная энергия границ зерен почти в два раза превышает относительную энергию границ зерен поликристаллической меди. Таким образом, в результате ДКУП в образцах формируются неравновесные границы зерен. 4. Показано, что с увеличением числа проходов ДКУП происходит увеличение средней относительной энергии границ зерен, что свидетельствует об увеличении степени их неравновесности.
Бесплатно
Статья научная
Известно, что ежегодные потери металлов от коррозии составляют 10-15 % от их объема годового производства. Одним из путей снижения коррозии металлов является разработка путей повышения их коррозионной стойкости. Одним из основных способов повышения устойчивости сплавов к коррозии является целенаправленное легирование элементами, комплексно влияющими на основные коррозионно-электрохимические характеристики сплавов. В работе представлены результаты коррозионно-электрохимического исследования влияния добавок кальция как модификатора структуры на анодное поведение сплава АЖ5К10 (Al + 5 % Fe + 10 % Si), в среде водного раствора NaCl. Анодное поведение сплава АЖ5К10, модифицированного кальцием. Исследовано потенциостатическим методом в потенциодинамическом режиме при скорости развёртки потенциала 2 мВ/с. Добавки кальция в сплаве АЖ5К10 составило от 0,01 до 1,0 мас. %. Исследования проводились в среде водного раствора NaCl с концентрацией 0,03; 0,3 и 3 мас. %. Показано, что с увеличением концентрации хлорид-иона в водном растворе NaCl наблюдается смещение в отрицательную область значения потенциалов свободной коррозии и питтингообразования. Потенциал свободной коррозии сплавов от времени смещается в положительную область. Такая зависимость имеет место и с ростом концентрации модификатора (кальция) в сплаве АЖ5К10. При этом независимо от состава сплавов отмечен рост скорости их коррозии от концентрации NaCl в растворе. Добавки кальция к сплаву АЖ5К10 почти в 2 раза увеличивают его коррозионную стойкость. Показано, что сплавы корродируют по питтинговому механизму и кальций как модификатор структуры сплавов способствует сдвигу потенциалов питтингообразования и репассивации в область положительных значений, что в целом приводит к росту устойчивости сплавов к питтиноговой коррозии, а также залечиванию (репассивацию) вновь зарождающихся питтинговых очагов.
Бесплатно
Статья научная
Современный научно-технический прогресс способствует развитию цветной металлургии высокими темпами. В общем объеме производства цветных металлов, которые широко используются в промышленности, цинк занимает четвёртое место. Благодаря специфическим свойствам цинк и его сплавы получили широкое применение в качестве конструкционных и неконструкционных изделий. Значительная часть производимого металлического цинка расходуется для покрытия им металлических листов, изготовления полуфабрикатов и фасонных отливок. Сплавы на основе цинка в последние годы широко используются для изготовления литых протекторов, применяемых для защиты морских судов и сооружений от коррозии. Расширение областей использования цинковых изделий ставит новые задачи перед специалистами, занимающимся производством и применением новых сплавов на основе цинка. Одной из легирующих добавок цинковых сплавов является медь. Сообщается, что медь (до 0,6 мас. %) повышает твердость и ухудшает пластичность и коррозионную стойкость цинка. Содержание меди в деформируемых сплавах цинка достигает до 5,5 мас. %. В связи с противоречивыми фактами относительно влияния меди на коррозионную стойкость цинка нами исследовано влияние его добавок до 2,0 мас. % на коррозионно-электрохимическое поведение высокочистого цинка в среде электролита NaCl. Исследования проводились потенциостатическим методом (скорость развёртки потенциала 2 мВ/с) на импульсном потенциостате ПИ-50-1.1. Установлено, что легирование цинка медью до 2 мас. % увеличивает его коррозионную стойкость на 10-15 % в среде электролита NaCl. Рост коррозионной устойчивости сплавов системы Pb-Cu сопровождается сдвигом в положительном направлении оси ординат основных электрохимических потенциалов.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся результаты экспериментов по термодиффузионному хромированию образцов конструкционной стали с использованием внутреннего эмиссионного поля, создаваемого в технологической засыпке при нагреве. Показана возможность регулировать эффективность работы термоэмиссионного поля за счет изменения доли добавки-эмиттера в технологическую засыпку. Так, для создания поля в разделительную часть базовой технологической засыпки вместо инертного оксида алюминия вводили смесь следующего состава: порошки шеелита (CaWO4), серпентина (Mg3Si2O7), MgO, двухкальциевого силиката (γ-2•CaO•SiO2). Вариативные составы формировались на основе базовой смеси с добавлением в одном случае порошка ферровольфрама, во втором случае - порошка ферровольфрама и дополнительной порции шеелита. Выбор указанных материалов был основан на результатах предварительных экспериментов по измерению в металлических и оксидных компонентах термоэмиссионного тока. Насыщение образцов стали 35Х2Н3 хромом проводилось при температуре 1000 °С в течение 24 ч. Контроль химического состава диффузионного слоя на металлических образцах проводили на универсальном сканирующем (растровом) электронном микроскопе JEOL JSM-6460 LV. Измерение микротвердости покрытий проводилось на микротвердомере FM-800. Полученные результаты показывают, что повышение доли вольфрамсодержащей добавки-эмиттера (ферровольфрама и шеелита CaWO4) в технологической засыпке обеспечивает увеличение скорости диффузии хрома за счет интенсификации процесса транспортировки атомарного хрома к насыщаемой поверхности, обеспечивая увеличение глубины диффузии хрома в 1,3 раза по сравнению с засыпкой базового состава. Использование в качестве добавок-эмиттеров сильных карбидообразующих элементов вызывает изменение фазового состава хромистых покрытий и увеличение в них доли нитридных фаз CrN и карбидных фаз на основе вольфрама. Твердость хромированной поверхности в технологической засыпке с низким содержанием добавки-эмиттера (10 мас. %) составляет 744 HV, при увеличении доли добавки-эмиттера до 18 и 30 мас. % твердость возрастает до 808 HV, что связано с увеличением концентрации хрома на поверхности.
Бесплатно
Влияние дополнительного легирования оловом на характер процесса резания конструкционных сталей
Статья научная
Рассматривается влияние добавок олова на изменение условий процесса резания конструкционных низколегированных сталей. Проведена предварительная оценка обрабатываемости резанием данных материалов с использованием методики ОАО «АвтоВАЗ».
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты влияния импульсно-дугового процесса при механизированной аргонодуговой сварке на микроструктуру и механические свойства металла многопроходных швов, выполненных аустенитно-ферритными сварочными проволоками. Показано, что применение импульсно-дугового процесса способствует существенному измельчению структуры металла шва и в 3-4 раза повышает его ударную вязкость.
Бесплатно
Статья научная
В условиях жесткой эксплуатации, таких как агрессивное воздействие абразивов, высокая температура и вредные рабочие среды, предпочтение отдают деталям машин и оборудования, которые изготовлены в основном из белых чугунов. Структура и количество карбидной фазы в этих чугунах влияют на их механические свойства и способность сопротивляться износу при повышенной температуре. Особой износоустойчивостью белые чугуны обязаны высокому содержанию первичных карбидов МС и эвтектических карбидов типа М7C3 в матрице, которая в основном состоит из аустенита или аустенита и феррита. Существует большое разнообразие технологических методов, которые призваны улучшить специальные характеристики чугунов, сосредоточенных в основном на улучшении структуры материалов. Самыми эффективными способами для повышения механических и специальных свойств литейных сплавов являются рафинирование и комплексное модифицирование. Повышение жаростойкости чугуна происходит в результате удаления вредных примесей из расплава и образования тугоплавких включений, таких как SrO и имеющихся в карбонате MgO, Al2O3, SiO2. Эти включения служат центрами кристаллизации, что приводит к переохлаждению расплава и измельчению структуры. Модифицирующее действие карбоната обусловлено образованием оксида SrO, эти включения действуют как модификаторы второго рода. При нагреве чугуна на поверхности отливок формируется оксидная пленка из хромата стронция (SrCrO4), которая имеет более высокую плотность и лучшую адгезию к металлической основе, чем оксидная пленка типа шпинели (FeO•Cr2O3). Это приводит к улучшению сопротивляемости образованию окалины.
Бесплатно
Влияние кремния и микролегирующих элементов на коррозионную стойкость аустенитной стали
Статья научная
Изучено влияние концентрации кремния (в пределах 0,14-0,78 мас. %), добавок бора и редкоземельных металлов на коррозионную стойкость низкоуглеродистой аустенитной хромоникелевой стали типа Х18Н11. Показано, что увеличение концентрации кремния в стали с 0,14 до 0,78 мас. % увеличивает скорость межкристаллитной коррозии в сильно окислительной среде (азотная кислота): в закаленном состоянии только при испытании в растворе 27 % HNO3 + 4 г/л Cr+6 и в сенсибилизированном состоянии. При этом повышение температуры нагрева под закалку до 1150 °С позволяет значительно снизить скорость коррозии у стали с 0,78 мас. % Si, мало влияя на скорость коррозии низкокремнистой стали. Установлен различный характер травления образцов при проведении испытаний. Низкокремнистая сталь при испытаниях в азотной кислоте корродирует преимущественно по границам двойников, а высококремнистая сталь - преимущественно по границам аустенитных зерен. Исследовано совместное влияние увеличения концентрации азотной кислоты (от 20 до 65 %) и температуры испытаний (от 100 до 130 °С). С поверхности образцов высококремнистой стали значительное выпадение зерен происходит в условиях испытаний в 56 и 65 % HNO3 при 120 и 130 °С, что резко увеличивает коррозионные потери образцов этой стали, в то время как выпадения зерен у стали с низкой концентрацией кремния не наблюдали. При меньших температурах и концентрациях азотной кислоты коррозионные потери всех сталей сблизились. Показано, что микролегирование редкоземельными элементами не ухудшает коррозионную стойкость сенсибилизированной стали. В отличие от РЗМ, легирование хромоникелевой стали даже небольшой добавкой бора (0,0015 %) на порядок уменьшает коррозионную стойкость стали. Повышение температуры нагрева под закалку бористой стали привело к увеличению скорости коррозии.
Бесплатно
Влияние легирования на свойства высокоотпущенных сталей, применяемых для производства обсадных труб
Статья научная
Изучено влияние легирования на свойства высокоотпущенных сталей, применяемых для производства обсадных труб. Показано, что увеличение содержания молибдена от 0,15 до 0,53 % обеспечивает заметный рост механических характеристик хромомолибденовых сталей при отпуске 600-690 °С. Легирование ванадием и ниобием способствует дополнительному повышению прочностных свойств. Наибольшее упрочнение стали с 0,32 % молибдена в высокоотпущенном состоянии обеспечивает комплексное легирование ниобием и ванадием.
Бесплатно
Влияние легирования на термодинамические характеристики водорода в ОЦК-железе
Статья научная
Примеси замещения оказывают существенное влияние на поведение водорода в железе. Это открывает возможность управления водородной деградацией при помощи направленного легирования сталей. Проведен обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных проблеме захвата атомов водорода легирующими примесями и использования данного эффекта для борьбы с водородным охрупчиванием. В рамках компьютерного пакета WIEN-2k, реализующего метод линеаризованных присоединенных плоских волн (ЛППВ), который является полноэлектронным методом теории функционала плотности, рассмотрено влияние примесей 3d-, 4d- и sp-металлов на энергию растворения водорода в матрице ОЦК-железа. Подробно рассмотрено изменение равновесного параметра решетки при растворении водорода в легированной решетке ОЦК-железа. Изучен вопрос о влиянии легирования на преимущественное заселение водородом тетраэдрических и октаэдрических пор решетки внедрения. Выделены электронный и упругий вклады в энергию растворения. Рассчитаны энергии захвата водорода примесями, показано, что существенные вклады в энергию захвата вносят как электронный, так и упругий вклад. Показано, что изменение энергии растворения водорода, вызываемое примесью, можно связать с создаваемым ею возмущением электронной плотности матрицы.
Бесплатно
