Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 899
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
Выбор легирующих элементов для сплавов на основе алюминида титана
Статья научная
Выполнено исследование тройных диаграмм состояния системы Ti-Al-Элемент для синтеза интерметаллидных сплавов на их основе. Определены наиболее перспективные легирующие элементы для создания интерметаллидного сплава. Получены области варьирования легирующих элементов для сплавов с необходимым фазовым составом.
Бесплатно
Выбор рациональных составов шлакообразующих смесей для слябовых криволинейных МНЛЗ
Статья научная
В настоящее время существует большое разнообразие шлакообразующих смесей, отличающихся по химическому составу и свойствам, от правильной работы которых зависит тепловая работа кристаллизатора и качество стальных непрерывнолитых заготовок. Выбор шлакообразующей смеси с оптимальными свойствами позволяет добиться максимальных результатов по качеству готовой продукции и во многом зависит от правильного подбора химического состава смеси с учетом сортамента, производительности и условий предприятия. В связи с этим актуальна разработка рекомендаций по выбору рациональных составов и характеристик ШОС для слябовых криволинейных МНЛЗ, являющихся наиболее производительными. Для разработки рекомендаций по выбору рациональных составов ШОС был проведен анализ производственных данных применения 22 наиболее часто используемых смесей разных производителей, таких как Stollberg, Intocast и др. На основе этого анализа массив из выбранных смесей был разбит на 12 групп под порядковыми номерами и выработаны рекомендации по применению шлакообразующих смесей рационального состава, которые могут быть использованы для разработки технологических режимов при разливке разных групп сталей на слябовых криволинейных машинах непрерывного литья данного типа. С целью выбора рациональных составов ШОС проанализированы сведения об их использовании на криволинейных слябовых МНЛЗ в ПАО «НЛМК», ПАО «Северсталь», ПАО «ММК», АО «Уральская Сталь». На основе изучения опыта работы этих предприятий и литературных данных разработаны рекомендации по выбору рациональных составов ШОС на слябовых криволинейных МНЛЗ, которые могут быть использованы при разработке технологических режимов разливки стали.
Бесплатно
Выбор рациональных форм разделки кромок сварных соединений с конструктивным непроваром
Статья научная
К сварным конструкциям наряду с обеспечением заданной прочности предъявляют требования по уменьшению количества наплавленного металла. В этой связи практический интерес представляют сварные соединения с конструктивным непроваром. Недостаток таких соединений - высокая концентрация напряжений в вершине непровара. Для соединений высокопрочных сталей непровар опасен с точки зрения возникновения хрупких и квазихрупких разрушений при низких уровнях прикладываемых нагрузок. Для повышения сопротивляемости разрушению высокопрочных сталей с непроварами предлагается выполнять корень шва пластичными (мягкими), а остальную часть высокопрочными (твёрдыми) электродами. В настоящей работе представлены результаты исследования напряжённо-деформированного состояния и сопротивляемости разрушению механически неоднородных угловых сварных соединений и влиянию на них геометрических параметров разделки кромок и соотношения механических свойств твёрдого и мягкого металлов шва. Исследование напряжённо-деформированного состояния выполняли методом конечных элементов (МКЭ). МКЭ-расчёты и эксперименты на реальных сварных соединениях показали, что применение композитных швов при изготовлении угловых сварных соединений высокопрочных сталей с непроварами позволяет повысить их несущую способность при одновременной экономии дорогостоящих аустенитных электродов.
Бесплатно
Статья научная
Проведены исследования влияния различных связующих на водной основе: EHT Binder (США), Remаsol (Великобритания), Армосил разных модификаций (Россия, г. Казань) на физико-механические свойства оболочковых форм и глубину альфированного слоя. Определены наиболее перспективные связующие для литья титановых сплавов. Получены данные о взаимодействии порошка АСД-4 с водными связующими и даны рекомендации его процентного соотношения для получения оптимальных свойств. Все керамические суспензии готовились по единой технологии. В смеситель вводили связующее и наполнитель, перемешивали до получения гомогенной массы, доводя до нужной вязкости, и затем на модельном блоке формировали покрытие методом послойного нанесения. Обсыпку блоков осуществляли по существующей в серийном производстве технологии. С целью повышения прочностных характеристик оболочковых форм в суспензию был введен мелкодисперсный порошок алюминия АСД-4 в количестве 5 и 7,5 % от массы наполнителя. Для определения альфированного слоя был использован микроструктурный анализ. Для определения толщины альфированного слоя были изготовлены микрошлифы из образцов с выходом на исследуемые поверхности. Вырезка заготовок для макро- и микрошлифов производилась с помощью абразивных кругов с охлаждающей средой. На основании проведенных исследований разработана технологическая инструкция по изготовлению оболочковых форм на основе связующих Remаsol, Remаsol с добакой 5 % АСД-4, Армосил АМ и Армосил АМ с добавкой 5 % АСД-4.
Бесплатно
Выделение металла при твердофазном восстановлении железа из монометальной и комплексной руд
Краткое сообщение
Представлены результаты экспериментов по твердофазному восстановлению железа из монометальной (сидерит Бакальского месторождения) и комплексной (титаномагнетит Суроямского месторождения) руд. Пустая порода в суроямской руде не принимает участие в качестве переносчика анионов кислорода при восстановлении. Образовавшаяся на поверхности образцов титаномагнетитовой руды металлическая пленка препятствовала дальнейшему восстановлению железа. Равномерное распределение пустой породы в сидерите не препятствует процессу восстановления.
Бесплатно
Выращивание PbTiO 3 из раствора
Статья научная
Описана серия экспериментов по получению монокристаллического титаната свинца методом спонтанной кристаллизации из флюса. Полученные кристаллы могут быть использованы в качестве затравочных для выращивания как чистых, так и легированных объемных монокристаллов титаната свинца методами Киропулоса и Чохральского.
Бесплатно
Выращивание монокристаллов бората железа
Статья научная
Синтезированы кристаллы бората железа. Проведены исследования поверхности на электронном микроскопе и структуры методом порошковой дифрактометриии.
Бесплатно
Выращивание монокристаллов феррита стронция из раствора
Статья научная
Представлены результаты эксперимента по получению гексаферрита стронция SrFe12O19 из раствора методом спонтанной кристаллизации на воздухе с применением резистивной печи с прецизионным ПИД регулятором. В качестве основных материалов были применены оксид железа Fe2O3 и карбонат стронция SrСO3. В качестве растворителя использован расплав карбоната натрия Na2CO3. В результате серии экспериментов получены черные непрозрачные гексагонально ограненные кристаллы размером 2-5 мм и порошки SrFe12O19. Рентгенографическое исследование проводили в диапазоне углов 2θ от 10 до 90° со скоростью 1°/мин на порошковом рентгеновском дифрактометре Rigaku Ultima IV. Рентгенограммы полученных образцов монокристаллов совпадают с рентгенограммами гексаферрита бария из базы данных. По полученным дифрактограммам были рассчитаны параметры кристаллической решетки: а = 5,8832(4) Å, с = 23,0361(14) Å, V = 690,51(6) Å3. Эти данные согласуются с литературными источниками. Проведено рентгенографическое исследование закристаллизовавшегося раствора, по результатам которого установлены дополнительные фазы. Исследование полученных кристаллов при помощи электронного микроскопа Jeol JSM-7001F с энергодисперсионным рентгенофлуоресцентным спектрометром Oxford INCA X-max 80 выявило равномерное распределение ионов железа и стронция. Картирование показало, что монокристаллы являются однофазными и содержат ионы кислорода, железа и стронция.
Бесплатно
Высокотемпературные фазовые равновесия и термодинамические свойства расплавов в системе CaO-Si02
Статья обзорная
Бесплатно
