Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 899
Влияние состояния расплава на структуру жаропрочных сплавов типа ЦНК
Статья научная
В жидком состоянии изучены температурные зависимости удельного электросопротивления и кинематической вязкости литейных высокохромистых жаропрочных никелевых сплавов типа ЦНК. Рассмотрены вопросы структурообразования при затвердевании. Исследовано влияние параметров плавки на макроструктуру и механические свойства литого металла. Технология с использованием высокотемпературной обработки расплава и термоциклирования позволяет получить литые изделия из жаропрочных сплавов, обладающие дисперсной дендритной структурой, меньшим объемом карбидной фазы, большей плотностью и удовлетворительной микроструктурой.
Бесплатно
Влияние степени механической неоднородности на работоспособность тавровых сварных соединений
Статья научная
В работе рассмотрены вопросы, связанные с механической неоднородностью тавровых сварных соединений, а именно влияние механических характеристик «твердых» швов на напряженно-деформированное состояние соединений, нагруженных растяжением. Известно, что механическая неоднородность характерна в той или иной степени для всех сварных соединений. Сознательное регулирование геометрических размеров и механических характеристик «твердых» швов позволяет повысить работоспособность всего сварного соединения даже при наличии непроваров. Такой процесс называется оптимизацией сварных швов. Целью настоящей работы являлось определение возможности и условий использования механической неоднородности в сочетании с регулированием геометрических параметров швов для оптимизации и повышения работоспособности тавровых сварных соединений с непроварами в корне шва. Исследования выполнены с применением метода конечных элементов, базирующегося на теории пластического течения, и кинематической теоремы предельного равновесия. В работе приведены и рассмотрены наиболее характерные напряженно-деформированные состояния тавровых соединений с дефектом типа непровар при различных сочетаниях геометрических параметров со степенью механической неоднородности сварных швов. На основе полученных данных построены соответствующие зависимости максимальных эквивалентных напряжений и деформаций для конкретных теоретических моделей от механических характеристик швов. По результатам исследования методом конечных элементов и ранее полученных наработок предложена математическая модель для проектирования равнопрочных тавровых соединений с «твердыми» швами при наличии центрального непровара. Также были обозначены граничные условия их применения и определена необходимость и перспективы дальнейшего исследования. Результаты данных исследований могут быть использованы как в производстве строительных конструкций, так и в машиностроении.
Бесплатно
Статья научная
Коррозия является одним из основных факторов, ограничивающих срок эксплуатации нефте- и газопроводных труб. Для повышения коррозионной стойкости стали легируют элементами, которые позволяют получить плёнку окислов, защищающую металл от растворения. В то же время можно ожидать, что и для обычных углеродистых и низколегированных сталей скоростью коррозии можно до некоторой степени управлять, изменяя их структуру путём термической обработки. Данное исследование посвящено изучению этого фактора на примере трубных сталей 20А и 20ФА. С этой целью стали были подвергнуты 18 различным режимам термической обработки, которые включали нормализацию при различных температурах, полную закалку с высоким отпуском и закалку из межкритического интервала с высоким отпуском. После термической обработки были исследованы механические свойства и скорость равномерной (общей) коррозии сталей в модельной среде, содержащей сероводород, с целью выявить возможное влияние структурных изменений на стойкость против коррозии. Наихудшую коррозионную стойкость обеспечивали режимы с закалкой из межкритического интервала Ac1…Ac3, по-видимому, потому, что перераспределение углерода и легирующих элементов между α- и γ-фазами во время выдержки в межкритическом интервале усиливает коррозию. Но в целом коррозионная стойкость сталей колебалась нерегулярно, без заметной корреляции с размером зерна, характером структуры, температурой отпуска и уровнем ударной вязкости. Таким образом, наглядно продемонстрировано, что сопротивление трубных сталей коррозии в сероводородной среде в основном определяется не режимом термической обработки и особенностями структуры, а химией процесса растворения металла (например, образованием защитных плёнок), а также, возможно, неметаллическими включениями.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлено исследование влияния экспандирования трубы на ее конечные геометрические параметры. Основной геометрической характеристикой является овальность готовой трубы. Проведено компьютерное моделирование при изменении коэффициента экспандирования, при различных технологиях экспандирования и при изменении коэффициента первой подачи. Также проведена оценка влияния последующего шага экспандирования на предыдущие.
Бесплатно
Статья научная
Настоящая работа посвящена изучению влияния технологических параметров подготовки и окускования рудоугольной шихты на полноту восстановления хрома при твердофазном карботермическом восстановлении. В работе представлены результаты лабораторных экспериментов по моделированию процесса нагрева и выдержки рудоугольных брикетов в печи с вращающимся подом. Показано, что в условиях термовременной обработки, имитирующей загрузку холодных брикетов в печь, их прохождение через горячую зону печи и разгрузку обожженных брикетов в горячем состоянии, можно достигать высокой степени восстановления хрома. Установлено, что изо всех исследованных параметров наиболее сильное влияние на степень восстановления хрома оказывает крупность рудного материала. Отмечено, что низкая прочность брикетов не позволяет рекомендовать использование рудоугольных брикетов с бентонитом в шахтных или вращающихся печах. В то же время достигнутая степень восстановления хрома и прочность брикетов позволяют реализовывать процесс в печах с малой нагрузкой на брикет, например в печах с вращающимся подом.
Бесплатно
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 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 и 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
