Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 866
Влияние ультразвуковой обработки на вязкость водно-глинистых суспензий для песчано-глинистых смесей
Статья научная
Статья посвящена исследованию влияния частоты и времени ультразвуковой обработки на вязкость бентонитовых водно-глинистых суспензий. Объектом исследования являлась бентонитовая глина Зыряновского месторождения Курганской области, на основе которой готовились водно-глинистые суспензии. Полученные суспензии исследовали на условную вязкость, для определения которой использовался вискозиметр ВЗ-2, и динамическую вязкость, которую определяли при помощи ротационного вискозиметра Brookfield Rheo V 2.8. При ультразвуковой обработке дисперсная система условно делится на четыре зоны: зону активного диспергирования твердой фазы, переходную зону, зону волновой и гидродинамической коагуляции и зону устойчивого структурно-реологического равновесия состояния твердой фазы раствора. Показано, что обработка глинистых суспензий ультразвуком вызывает в зависимости от продолжительности и мощности обработки как диспергирующее, так и агрегатирующее действие. Ультразвуковая обработка в течение 15 мин приводит к снижению условной вязкости водно-глинистых суспензий из-за образования периодических коллоидных структур, после чего начинается процесс автокаогуляции. В результате ультразвукового воздействия полем 20 кГц на водно-глинистые суспензии зыряновского бентонита в течение 1, 5 мин происходит уменьшение динамической вязкости вследствие диспергации частиц, а в результате ультразвукового воздействия полем 50, 60 кГц на водно-глинистые суспензии зыряновского бентонита в течение 1, 5 мин происходит увеличение динамической вязкости, что связано с коагуляцией частиц. Установлено, что устойчивость активированных коагуляционных систем к механическим нагрузкам значительно меньше, чем у исходных бентонитовых глин, что позволяет осуществить более равномерное распределение глинистых минералов по поверхности кварцевого песка и обеспечить увеличение количества когезионно-адгезионных контактов и повышение физико-механических свойств смесей при формообразовании.
Бесплатно
Влияние условий непрерывной раскатки гильз на технологические параметры процесса
Статья научная
Развитие трубопрокатного производства привело к широкому использованию непрерывных станов с удерживаемой оправкой и 3-валковыми калибрами для раскатки гильз. В свою очередь это потребовало уточнения ряда теоретических положений, связанных с изменением кинематики процесса. В рамках данного исследования на основе энергетической теории разработана методика определения энергосиловых параметров процесса. C целью выявления закономерностей влияния параметров процесса прокатки на угол охвата оправки и величину уширения раската проведено экспериментальное исследование. При составлении уравнения равновесия проекций сил на продольную ось определены величины среднего давления на контакте с рабочими валками и оправкой. Разработанные математические модели и алгоритм расчета энергосиловых параметров процесса раскатки гильзы в непрерывном стане позволили с достаточно высокой точностью определить усилия прокатки труб в непрерывном стане. Полученные зависимости могут быть использованы как в исследовательских целях, так и при расчете таблиц прокатки на трубопрокатных агрегатах с непрерывными раскатными станами.
Бесплатно
Влияние условий плавки на выделение кислорода из порошка природнолегированного чугуна
Статья научная
Изучены температурные зависимости кинематической вязкости природнолегированного чугуна в жидком состоянии. Установлены температуры, нагрев до которых переводит расплав в гомогенное состояние. Политерма имеет сложный характер, свидетельствующий о наличии нескольких этапов структурных превращений. Установлено, что температура максимального нагрева расплава в ходе опыта существенно влияет на вид гистерезиса политерм. На основании квазихимической модели микронеоднородного строения расплава предложено физическое обоснование происходящих при нагреве и охлаждении жидкого металла превращений. Полученные результаты использованы при получении порошка природнолегированного чугуна. Проведены опытные плавки, в которых жидкий металл нагревали выше и ниже интервала его структурных перестроек. Кроме этого варьировали температуру распыления жидкого металла азотом. Изучено влияние условий плавки природнолегированного чугуна на содержание кислорода в полученном порошке. Исследования методом вакуум-плавления на установке «O-N-mat 822» показали, что процесс выделения кислорода из частиц порошка носит сложный характер. Установлено, что содержание кислорода в порошке чугуна зависит от размера частиц и условий подготовки расплава к диспергированию. Формирование в ходе плавки гомогенного состояния приводит к снижению концентрации кислорода в порошке и изменению спектра его выделения. Оказывается, что в таком расплаве кислород находится в твердом растворе или связан в оксиды железа.
Бесплатно
Статья научная
Проведен анализ влияния формы и размеров носка оправки прошивного стана, а также величины обжатия заготовки перед носком оправки на образование разрушения осевой зоны заготовки, находящейся в очаге деформации прошивного стана. Преждевременное осевое разрушение приводит к появлению дефектов на внутренней поверхности гильз и труб. В случае необходимости прошивки заготовок с повышенным обжатием перед носком оправки предлагается использовать оправки с увеличенными диаметром и радиусом сферы носка (с увеличенной площадью носка). Данное техническое решение опробовано на трубопрокатном агрегате ТПА-140 ОАО «СинТЗ» (г. Каменск-Уральский) при производстве опытной партии труб диаметром 108 мм из непрерывнолитой заготовки (НЛЗ) диаметром 156 мм. На основании изучения недокатов с прошивного стана, полученных в результате опытных прокаток, показано, что при использовании оправок с увеличенными диаметром и радиусом сферы носка наблюдается эффект заваривания («залечивания») осевого разрушения заготовки перед носком оправки. Проведены металлографические исследования для определения природы образовавшегося слоя неразрушенного («здорового») металла перед носком оправки. Данный слой образован действием подпирающих усилий со стороны оправки. Проведенные исследования убедительно показывают возможность использования НЛЗ для производства труб диаметром менее 121 мм.
Бесплатно
Влияние формы и термической массивности тел на эффективность аккумуляционных процессов
Статья научная
При конструировании регенераторов и огнеупорного ограждения металлургических агрегатов для решения вопроса энерго- и ресурсосбережения большое значение имеют аккумуляционные процессы. В область рассмотрения попадают все регенеративные теплообменники, процессы тепловой обработки различных материалов - отжиг нерудных материалов, термообработка слоя металлоизделий, подогрев скрапа перед загрузкой в сталеплавильный агрегат. В работе представлены в обобщенном виде решения уравнения теплопроводности тел трех канонических форм: безграничной пластины, неограниченного цилиндра и шара, для которых приведены основные характерные параметры расчета теплового режима. Определены условия сходимости ряда, представляющего решение для температурного поля тел, и безразмерное время наступления регулярного режима, на основе чего предложена номограмма для определения количества аккумулированной теплоты. Также предложены аппроксимации для определения критических чисел подобия с учетом формы тела и его термической массивности. Рассмотрен один вариант практического применения предложенной номограммы.
Бесплатно
Статья научная
Получение качественного полуфабриката из алюминиевых деформируемых сплавов для последующей деформации (прокатка, штамповка или прессование) предусматривает получение исходной бездефектной литой заготовки. Уровень механических свойств сплавов в литом и термически обработанном состоянии определяется в основном внутренним строением зерен, поэтому одним из основных параметров, влияющих на качество литой заготовки для последующей пластической деформации, является проявление химической неоднородности зерен по содержанию легирующих элементов, или ликвация. В работе исследуются сплавы АМц, АМг6 и Д16. Указанные сплавы можно условно выбрать в качестве модельных для исследования влияния характера легирования на склонность деформируемых алюминиевых сплавов к проявлению ликвационных эффектов в литом состоянии. Сравнивая локальное содержание легирующих элементов на осях дендритов с марочным составом сплавов, отметим значительное несоответствие. Это отклонение является мерой негомогенности сплава. Принимая за величину, характеризующую степень негомогенности литых сплавов АМц, АМг6 и Д16, степень отклонения состава от марочного, рассчитаны значения среднего коэффициента гомогенности данных сплавов. Определенный для алюминиевой основы сплавов критерий гомогенности показывает зависимость степени гомогенности от изменения характера легирования сплава и содержания легирующих элементов. Выявлены значительные различия между локальными содержаниями легирующих элементов в осях дендритов и марочным составом сплавов.
Бесплатно
Влияние химического состава латуни типа ЛС59-1 на качество водозапорных изделий
Статья научная
В работе исследовано влияние химического состава материала на качество латунных шаровых кранов, изготавливаемых по схеме: непрерывное литье цилиндрических заготовок, горячая штамповка корпуса детали, механическая обработка и последующее поверхностное гальваническое никелирование. Оценивались прежде всего сплошность материала, т. е. наличие или отсутствие макро- и микротрещин, а также твердость. Детальное исследование микроструктуры выполнено с помощью оптического (Carl Zeiss Axio Observer D1m) и сканирующего электронного (JEOL JSM 7001F) микроскопов. Твердость отдельных фаз измерена на микротвердомере Futur Tech FM-800. Установлено, что в изученных сплавах содержание одного из основных элементов, а именно цинка, находится в пределах 35-37 %. Колебания доли цинка не оказывают существенного воздействия на вероятность появления несплошностей материала (пор, микротрещин, трещин). Так, в двух сплавах (№ 1, 4) такие дефекты определены, а в латунях № 2, 3, 5 отсутствуют. Содержание примесей таких элементов, как алюминий, кремний, железо, олово, никель, варьируется и в качественном, и в количественном составе, при этом достигая не более 1 % каждого. Указанные элементы, растворяясь в α- и β-фазах, причем преимущественно в последней, влияют на структурный состав латуней - проявляется более твердая β-фаза, увеличивается твердость фаз. Примеси склонны взаимодействовать друг с другом, образуя соединения, инициирующие микротрещины. В сплаве № 1, имеющем однофазную α-структуру, легкоплавкие свинцовые частицы распределяются как внутри ее зерен, так и по ее границам, что отрицательно сказывается на поведении латуни при горячем деформировании. В микротрещинах материала № 1 кроме свинца отмечаются и неметаллические образования на основе Fe, Si. В двухфазной (α + β)-латуни № 4, где по сравнению с другими сплавами повышено содержание Fe, Sn, Al, Ni, а также Pb (2,86 %), склонность к образованию трещин тоже повышена, хотя в целом переход от однофазной α-структуры к двухфазной (α + β) способствует перераспределению свинцовых включений в β-фазу или в межзеренные α/β-границы в результате перехода α ↔ β при горячей обработке давлением и ослабляет отрицательное воздействие свинца. Твердость изученных сплавов различается. Сплавы № 3 и 5, где не обнаружены несплошности, имеют практически одинаковое количественное соотношение α- и β-фаз - 40 : 60, но микротвердости обеих фаз в латуни № 3 выше.
Бесплатно
Статья научная
Раскрыта проблема снижения вязких свойств в зоне термического влияния сварных соединений толстостенных труб. Наибольший провал вязких свойств наблюдается в области крупного зерна зоны термического влияния, непосредственно прилегающей к линии сплавления. Это связано со значительными структурными изменениями в данной области сварного соединения.Показано, что с увеличением толщины стенки свариваемых труб неизбежно происходит рост погонной энергии сварки, соответственно, происходит падение скорости охлаждения после сварки. Так, при сварке труб с толщиной стенки свыше 23 мм скорость охлаждения падает ниже 10 °С/с, что привоит к сильному охрупчиванию зоны термического влияния заводских сварных соединений. Таким образом, для обеспечения эксплуатационной надежности толстостенных труб большого диаметра необходимо внести кардинальные изменения в технологию сварки, позволяющие существенно снизить погонную энергию, или разработать химический состав основного металла, менее чувствительного к термическому циклу сварки.Проанализировано влияние отдельных химических элементов на прочностные свойства основного металла высокопрочных трубных сталей и на вязкие свойства в зоне термического влияния (ЗТВ). Показано негативное влияние кремния и молибдена на вязкие свойства в ЗТВ. Дополнительное легирование стали ванадием также приводит к значительному охрупчиванию области крупного зерна ЗТВ.Для достижения высоких вязких свойств сварных соединений труб большого диаметра необходимо: исключить ванадий из химического состава стали; снизить содержание кремния до уровня 0,1 %; легирование молибденом должно осуществляться на минимальном уровне для достижения требуемых прочностных свойств.
Бесплатно
Влияние церия и алюминия на растворимость кислорода в жидкой стали
Статья научная
Построены поверхности растворимости компонентов в металлических расплавах для системы Fe-Ce-Al-O. Показано, что в области достижимых концентраций кислорода, церия и алюминия возможно блокирование поверхности химически активных неметаллических включений. Выполнен анализ сравнительной раскислительной способности церия и алюминия путем построения диаграмм расходов активных металлов на рафинирование стали. Установлена большая раскислительная способность церия по отношению к алюминию.
Бесплатно
Статья научная
В программном пакете WIEN2k проведён расчёт из первых принципов энергий взаимодействия между атомами углерода в ГЦК-железе. Они составили E1 = 0,06 эВ, E2 = 0,1 эВ и E3 = 0,005 эВ (энергии взаимодействия между атомами углерода, находящимися в первой, второй и третьей координационных сферах подрешётки ГЦК-железа). Для расчётов использовался полнопотенциальный метод линейных присоединённых плоских волн LAPW с учетом обобщенного градиентного приближения PBE-GGA в суперячейке из 32 атомов железа с периодическими граничными условиями. Это наиболее точный метод, используемый в рамках теории функционала плотности. Для проверки достоверности найденных значений энергий на их основе методом Монте-Карло построена концентрационная зависимость активности углерода в ГЦК-железе. Показано хорошее качественное согласие кривой активности, полученной при использовании найденных значений энергий взаимодействия C-C, с экспериментальной кривой, что говорит о достоверности полученных параметров взаимодействия и адекватности использованной модели парамагнитного состояния. Использование данных о взаимодействии в третьей координационной сфере не влияет существенно на результаты расчета. Это объясняется очень низким значением энергии взаимодействия между атомами углерода в ГЦК-железе в третьей координационной сфере.
Бесплатно
Внедрение в жидкий расплав твердых сферических частиц
Статья научная
Разработана методика исследования поведения легкоплавких элементов и графита при введении в металлический расплав. Экспериментально изучен характер процесса внедрения висмутовых и графитовых шариков в стальной расплав методом рентгенотелевизионного наблюдения.
Бесплатно
Внутренние напряжения при охлаждении крупных поковок
Статья научная
В работе произведен расчет напряженного состояния и оценка величины внутренних напряжений для нестационарного температурного поля цилиндрических поковок различного диаметра при охлаждении на воздухе.
Бесплатно
Статья научная
Проведен простой кристаллогеометрический анализ сопряжения решеток феррита и цементита на когерентной межфазной границе с ориентационными соотношениями Багаряцкого. Наилучшее сопряжение решеток обеспечивается, когда на границе находится плоскость (101)ц, состоящая из атомов железа в 5-позициях. При сохранении неизменных положений атомов в обеих решетках часть тетраэдрических пор решетки феррита вблизи границы искажается, и их радиус увеличивается в 1,5 раза. Сделано предположение, что такие искаженные тетраэдрические поры могут выступать в роли мест захвата атомов водорода. Их поверхностная плотность составляет 6,610 14 см -2. Строение границы и возможные позиции захвата водорода в дальнейшем должны быть уточнены при помощи первопринципного моделирования.
Бесплатно
Статья научная
Известно, что межфазные границы феррит / карбид в сталях могут являться центрами захвата атомов водорода. В работе рассмотрена адсорбция атомов водорода на границах феррит / цементит в углеродистых сталях. Проведены экспериментальные исследования по насыщению водородом в сероводородсодержащей среде согласно стандарту NACE Standard TM 0177-2005 образцов углеродистой стали У10 со структурой грубо- и тонкопластинчатого перлита (межпластиночное расстояние S примерно 0,36 и 0,085 мкм). После насыщения и 4-месячного вылёживания при комнатной температуре было определено содержание водорода в образцах. Оно выросло по сравнению с образцами, не подвергавшимися наводороживанию, с 6,85 до 8,4 и с 8,45 до 13,5 мас. ppm для образцов с грубо- и тонкопластинчатым перлитом соответственно. Наблюдение структуры в просвечивающем электронном микроскопе показало, что при наводороживании изменяется состояние цементита в перлитных колониях: его пластины кажутся толще за счёт визуального размывания межфазной поверхности, по длине пластин появляется неоднородный контраст. По-видимому, эти изменения связаны с поглощением межфазной поверхностью водорода. Проведено теоретическое рассмотрение адсорбции водорода на межфазных границах в рамках теории Ленгмюра. Если принять оценку плотности мест захвата водорода на межфазных границах 6,627·10 14 см -2, сделанную в первой части работы из кристаллогеометрических соображений, и сопоставить её с наблюдаемыми в эксперименте значениями количества поглощённого водорода, то доля заполненных мест захвата оказывается значительно меньше единицы (0,15-0,20). Энергия связи водорода с межфазной границей по литературным данным равна 12,66 кДж/моль; тогда на основании полученных экспериментальных результатов предэкспоненциальный множитель в уравнении адсорбции приближённо равен 2,2·10 -4 /S. Это означает, что эффективная растворимость водорода в тонкопластинчатом перлите может повышаться в 1,5-2 раза. Аналогичный анализ может быть применён и для захвата водорода другими межфазными границами. Он укладывается в рамки подхода Ориани и в сочетании с ним может использоваться для оценки общего количества связанного водорода в стали с учётом действия всех типов ловушек.
Бесплатно
Возможности пирометаллургического обогащения ильменитовых концентратов
Статья научная
Оценены возможности пирометаллургического обогащения ильменитовых концентратов с целью получения высокотитанистых шлаков. Проведены лабораторные эксперименты по различным технологическим вариантам, которые подтвердили возможность эффективного пирометаллургического обогащения ильменитового концентрата при температуре расплава 1600...1650 °С. Могут быть использованы схемы одностадийного и двухстадийного процессов пирометаллургического обогащения ильменитового концентрата. Схема одностадийного процесса требует меньших капитальных затрат. При обогащении бедного концентрата (TiO2 ≤ 46 %) предпочтительна схема ведения процесса без добавок флюсов с оставлением в шлаке 12...15 % оксидов железа. При использовании более богатых концентратов (TiO2 ≥ 55 %) может быть использована схема процесса с добавкой в состав шихты извести и кальцинированной соды и более полным восстановлением железа при содержании FeO в шлаке 3...4 %. Преимуществами двухстадийного процесса являются легкость контроля и регулирования процесса плавки и возможность использования менее квалифицированного персонала. Рекомендованы технологические схемы по пирометаллургическому обогащению ильменитовых концентратов. Оценены возможности осуществления производства высокотитанистых шлаков в агрегате МАГМА-3.
Бесплатно
Возникновение "передува" на жидкостекольных смесях при отверждении углекислым газом
Статья научная
К одним из первых упоминаний о применении жидкого стекла в литейном производстве относятся работы А.И. Жилина, И.Н. Завьялова середины 30-х гг. XX в. В это время отверждение жидкого стекла осуществлялось сушкой, с целью ускорения процесса затвердевания. Внедрение жидкого стекла, отверждаемого химическим путем, в литейном производстве для приготовления форм и стержней в СССР было начато в 1948-1949 гг., что позволило сократить технологический процесс, повысить производительность производства, снизить трудоемкость и значительно уменьшить брак отливок. Но с перечисленными выше положительными чертами при продувке формы углекислым газом литейщики столкнулись с трудностями при применении СО2-процесса. Такими трудностями оказались наличие пригара и затруднительная выбивка стержней, что препятствует активному внедрению процесса химического твердения. Основной причиной недостатков при химическом отверждении оказался передув химического реагента, то есть углекислого газа. Оптимальным и научно доказанным временем отверждения жидкого стекла является стехиометрическое отношение коэффициентов в определенном уравнении реакции. Чрезмерное время продувки жидкостекольных смесей при отверждении углекислым газом приводит к понижению прочности фасонного изделия. Этот недостаток во многом зависит от значительного накопления в формовочной смеси легкоплавкого гидрокарбоната натрия, приводящего к возникновению термического пригара. Одной из причин возникновению термического пригара является появление гидрокарбоната натрия, имеющего низкую температуру плавления, приводящую к легкоплавким включениям, которые и приводят к появлению пригара. Убрать легкоплавкий гидрокарбонат возможно при добавлении в разделительное покрытие растворимых в воде солей меди.
Бесплатно
Восстановление бария и стронция из сульфатов углеродом чугуна
Статья научная
Известно, что поведение бария и стронция в жидких железоуглеродистых сплавах требует дополнительного изучения. Эти элементы практически не образуют растворов с железом и достаточно быстро выводятся из расплава. Раскисляющая и десульфурирующая способность сплавов бария и стронция невысока ввиду большой атомной массы этих элементов. Тем не менее известно, что барий и стронций оказывают существенное влияние на свойства расплава, его структуру, количество и форму неметаллических включений. Происходит это, по всей видимости, из-за способности бария и стронция влиять на величину межфазного натяжения в случае попадания на границу фаз. Наиболее доступным видом барий-стронцийсодержащего сырья являются сульфаты щелочноземельных металлов. Так, сульфаты бария-стронция широко используются при получении модификаторов и ферросплавов. При использовании сульфатного сырья для производства барий-стронцийсодержащих сплавов одним из наиболее важных вопросов является поведение серы. В литературе приводятся сведения по термодинамике и кинетике реакций, протекающих при восстановительном обжиге сульфатов кальция, стронция и бария. Приводится также термодинамический анализ реакций в системе MeSO4 - C (Me - Sr, Ba). Спрогнозирована вероятность протекания тех или иных реакций в зависимости от температуры. Целью данной работы было изучение особенностей поведения сульфатов бария и стронция в жидком чугуне. Проведены опытные работы по обработке жидкого чугуна сульфатами бария и стронция в различных условиях. Полученные опытные данные позволяют рассчитать коэффициенты перехода серы из сульфатов в жидкий чугун и проследить корреляцию с термодинамическими данными, полученными для твердофазных процессов.
Бесплатно
Восстановление кусковых хромовых руд месторождения «Центральное» массива Рай-Из твердым углеродом
Статья
Бесплатно
Выбор и оптимизация химического и фракционного состава стержней для пустотелых лопаток
Статья научная
Повышение требований к литым охлаждаемым лопаткам ГТД и усложнение их внутренней конструкции обуславливает необходимость изыскания новых составов стержневых масс с более высокой прочностью и стойкостью к термическим ударам, химической инертностью к жаропрочным сплавам, малым коэффициентом термического расширения и высокой точностью геометрических размеров. На основе патентных исследований теоретически обоснован и предложен новый химический состав стержневой смеси. С целью оптимизации фракционного состава стержневой смеси проведен анализ способов упаковки полидисперсных частиц в композитных материалах. Из него следует, что большинство рассмотренных методов имеют теоретическую направленность, а предлагаемые расчетные формулы, которые используются при изготовлении технической керамики, бетонов и асфальтов, не могут быть однозначно использованы при изготовлении стержней, так как они не учитывают отличительные особенности формирования фракционного состава стержней. Особенностью строения стержня является наличие каркасообразующих фракций. Они формируют конструкцию стержня, непосредственно соприкасаясь друг с другом в геометрически правильном порядке. От этих фракций зависит размерная стабильность, склонность к усадке и короблению стержня, максимально возможная объемная доля дисперсной фазы В результате разработанной методики выбрана размерная последовательность фракционного состава порошков и расчетным методом проведена оптимизация химического и фракционного состава стержневой смеси. Исследования физико-механических свойств образцов, изготовленных из новой стержневой смеси, показали, что они имеют более высокие свойства, меньшую склонность к короблению, усадке и низкий коэффициент термического расширения по сравнению с серийным составом. Из опытной стержневой смеси были изготовлены стержни для полых лопаток, которые дали положительные результаты. Брак по короблению, слому стержня снижен более чем в 2 раза. Применение смеси позволяет повысить предел прочности стержней при изгибе σизг = 24…26 МПа. Снизить линейную усадку до 0,1-0,2 % и глубину взаимодействия со сплавом ЖС6У до 0, 04-0,06 мм. Новый стержневой состав с оптимизированным химическим и фракционным составом прошел производственную апробацию и рекомендован в серийное производство.
Бесплатно
