Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 866
Деформационное поведение коррозионностойкой супермартенситной стали в условиях горячей осадки
Статья научная
На симуляторе термомеханических процессов Gleeble-3800 проведено моделирование горячей деформации одноосной осадкой супермартенситной стали 02Х13Н4М в интервале температур 900-1200 °C со скоростями деформации в диапазоне 0,01-10 с-1. Показано, что напряжения течения увеличиваются с понижением температуры и ростом скорости деформации. При одинаковых температурно-скоростных режимах деформации напряжения течения супермартенситной стали 02Х13Н4М превосходят напряжения течения мартенситной стали 20Х13. Критические деформации, требуемые для начала динамической рекристаллизации, в сталях 02Х13Н4М и 20Х13 имеют близкие значения. Энергия активации процессов горячей деформации стали 02Х13Н4М (442 кДж/моль), определенная регрессионным анализом экспериментальных данных, оказалась несколько выше, чем для стали 20Х13 (430 кДж/моль). Высказано предположение, что это различие обусловлено пониженным содержанием углерода в супермартенситной стали и ее легированием молибденом, резко повышающим энергию активации самодиффузии γ-железа.
Бесплатно
Деформационное старение низкоуглеродистой трубной стали
Статья научная
Исследовано деформационное старение стали 06Г2ФБ. Сравнивали свойства до и после обработки, включающей холодную пластическую деформацию сжатием или прокаткой и низкотемпературный нагрев. Установлено, что склонность стали к деформационному старению при исходной феррито-бейнитной структуре значительно выше, чем при феррито-перлитной.
Бесплатно
Деформационные и кинематические параметры вальцевой формовки
Статья научная
В настоящее время изготовление труб большого диаметра выполняют на трубосварочных агрегатах с применением прессовой либо вальцевой формовки. В обоих случаях имеет место неравномерность напряженно-деформированного состояния трубной заготовки после формовки, что приводит к снижению геометрических параметров готовых труб и образованию остаточных технологических напряжений в трубах. В случае вальцевой формовки для получения заготовки монотонной кривизны применяют синхронное вращение валков и погружение верхнего валка. Данная технология является относительно новой и не имеет полноценного теоретического описания. На основе энергетического подхода получено уравнение энергобаланса процесса формовки в вальцах и предложена методика расчета усилия формовки. В выражения для расчета усилия формовки входят такие параметры, как сопротивление металла пластической деформации, h - толщина листа; L - межосевое расстояние нижних валков; Rm - радиус заготовки после формовки; Rн - радиус нижнего валка; Vн - скорость вертикального перемещения верхнего валка; Vв - скорость вращения валков; μ - коэффициент трения. Также получены зависимости для расчета длины дуги контакта между заготовкой и верхним валком и предложена методика расчета величины погружения верхнего валка. Проверочный расчет параметров формовки проводился для заготовки радиусом 300 мм, толщиной 18 мм и с пределом текучести σт = 520 МПа. Зависимости изменения усилия формовки от параметра Rm представлены графически и согласуются с данными реального процесса. Полученные аналитические зависимости позволяют прогнозировать рабочие нагрузки на валки при заданных настройках листогибочной машины и типоразмере трубы, что позволит избежать поломок элементов привода валков и аварийных отключений агрегата.
Бесплатно
Деформация сдвигом методом кручения, осадки и прессования
Статья научная
Комплексная технология деформации металлов - «Кручение, осадка и прессование» (КОП) предназначена для получения субмикрокристаллической структуры в металлических заготовках большой массы. Выполненная работа показала эффективность применения деформации сдвигом за счёт винтового кручения. Наиболее эффективно использование винтового реверсивного кручения, позволяющего с наименьшими временными и экономическими затратами производить подготовку структуры металла в заготовках под последующую классическую деформацию. По сравнению с известными методами немонотонной деформации, такими, как кручением под высоким давлением, равноканальной угловой экструзией и винтовой экструзией, винтовое кручение позволяет обрабатывать массивные заготовки. Новое направление в области деформации будет особенно актуально для создания особопрочных металлов для авиастроения, космонавтики, автомобилестроения, судостроения, мостостроения и других отраслей промышленности. Разработанная схема позволила сравнить обычную осадку и прессование с деформацией сдвигом и определить её эффективность.
Бесплатно
Диаграмма состояния системы CaO-MgO-MnO
Статья научная
Построение диаграмм состояния многокомпонентных систем является одной из фундаментальных задач не только в области материаловедения, но и для металлургических технологий. Термодинамическое моделирование при этом является одним из базовых инструментов исследователя, особенно при ограниченном количестве достоверных литературных экспериментальных данных или при значительных сложностях, сопровождающих постановку эксперимента. Термодинамический расчет обычно основывается на таких физико-химических данных, как изменение энергии Гиббса при осуществлении фазовых переходов, термодинамических характеристиках составляющих исследуемую систему веществ и значениях активностей компонентов равновесных фаз (расплава, твердых растворов и т. д.). В настоящей работе было проведено термодинамическое моделирование диаграмм состояния систем MgO-CaO, MnO-CaO и CaO-MgO-MnO. Для определения активностей компонентов оксидного расплава в указанных выше системах использовалась теория субрегулярных ионных растворов. Активности компонентов твердых растворов в системах MgO-CaO и MnO-CaO определялись с использованием теории регулярных ионных растворов, а в системе CaO-MgO-MnO - с использованием теории субрегулярных ионных растворов. В ходе расчетов были уточнены границы фазовых равновесий и положения линий ликвидус и солидус в двойных оксидных системах, а также координаты проекции поверхности ликвидус в исследуемой тройной оксидной системе. Показано, что при значительных концентрациях оксида марганца в системе CaO-MgO-MnO два твердых раствора (на основе оксида магния и на основе оксида кальция) объединяются в один твердый раствор |CaO, MgO, MnO|тв.р. Полученные результаты согласуются с немногочисленными экспериментальными данными по исследуемым системам.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты исследования уточненной математической динамической модели рабочей клети автоматического стана трубопрокатного агрегата (ТПА). Выбрана пространственная система координат в центре масс рабочей клети и преобразована исходная динамическую модель механической системы в упрощенную механическую систему жестких тел, определенным образом связанных между собой в опорных узлах упругими элементами. Пространственное положение механической системы в процессе колебаний рабочей клети автоматического стана представлена соответствующими координатами в выбранной системе отсчета. С учетом определенных начальных и граничных условий поставленная задача представлена в постановке задачи динамики механической системы. Лапы станины и тумбы (шины), удерживающие рабочую клеть автоматического стана на опорных механизмах, считаются деформируемыми. Для упрощенной механической системы с четырьмя степенями свободы определены кинетическая и потенциальная энергии. Составлены дифференциальные уравнения движения рабочей клети и узлов механизма удержания станины на опорных узлах автоматического стана ТПА с применением уравнения Лагранжа второго рода. Получены картины виброактивности элементов рабочей клети и опорных узлов механизма удержания механической системы с четырьмя степенями свободы. Приведено численное решение системы дифференциальных уравнений и на примере расчета динамики рабочей клети автоматического стана ТПА 350 установлены особенности функционирования механической системы с четырьмя степенями свободы. Установлены параметры динамичности рабочей клети автоматического стана и механизма ее удержания на опорных плоскостях, влияющие на величину разностенности прокатываемых гильз. Предложена схема модернизации механизма удержания рабочей клети автоматического стана ТПА 350.
Бесплатно
Диффузия элементов в хромовых рудах массива Рай-Из при окислительном обжиге
Статья научная
Исследована диффузия оксидов железа, магния, алюминия из хромшпинелида во вмещающую породу магниевого силиката в условиях окислительного обжига при температурах 1000, 1100 и 1200 °С. Экспериментально установлено образование оливина и форстерита в исходном магниевом силикате хромовой руды. Разработан метод расчета коэффициентов диффузии элементов в многокомпонентных оксидных системах.
Бесплатно
Железо в неживой и живой природе
Статья научная
Рассмотрены кристаллическое строение железа и его химические свойства, степени окисления и участие железа в окислительно-восстановительных процессах в неживой и живой природе. Железо, в зависимости от температуры и давления, может иметь пять кристаллических структур: α, β, γ, δ и ε. Приведены рисунки элементарных кристаллических ячеек. Выделены пустоты в кристаллических ячейках, в которых могут размещаться примесные атомы. Железо может иметь степени окисления от нулевой (чистое железо) до +8. Наиболее важными являются степени окисления 0, +2 и +3. Оксид железа +2 (FeO) окрашен в черный цвет, а оксид железа +3 (Fe2O3) окрашен в ярко-красный цвет. Железо является главным участником процесса переноса кислорода в сталеплавильных процессах. Процесс переноса состоит из приобретения железом кислорода за счёт его окисления до FeO (Fe+2) и Fe2O3 (Fe+3) и передачи кислорода в расплавленный металл [O]. Окислительно-восстановительные процессы и процессы переноса кислорода связаны с изменением степени окисления железа. Выражено сомнение о присоединении кислорода к гемоглобину в молекулярной форме и предложена запись реакций в крови с участием гемоглобина на основе окислительно-восстановительных реакций. Предложены реакции переноса кислорода кровью. В лёгких, при высоком парциальном давлении кислорода, часть Fe+2 гемоглобина отдаёт электроны и окисляется до Fe+3, что и приводит к изменению цвета крови: (Hb•4Fe+2) + O2 ↔ (Hb•4Fe+3•2O-2). В капиллярах Fe+3 присоединяет электроны, отдает кислород, который участвует в окислении, и восстанавливается до Fe+2: (Hb•4Fe+3•2O-2) + Cсреды = (Hb•4Fe+2) + CO2. В предложенной записи реакций нет места молекулярному кислороду. Окислительно-восстановительные реакции в лёгких и капиллярах протекают по предложенной электрохимической схеме с большой скоростью с участием и переносом электронов.
Бесплатно
Жидкофазное разделение металлизованной мелочи хромовой руды
Статья научная
Экспериментально изучено влияние продолжительности твердофазной металлизации при 1400 °C офлюсованных кварцитом частиц кемпирсайской хромовой руды размером 1…2 мм в смеси с углем на состав и выход металла при последующем жидкофазном разделении продуктов металлизации на металл и шлак при 1850 °C. Установлено, что металлизация в течение 2 ч даже при использованной относительно низкой температуре 1400 °C позволяет восстановить и извлечь более 80 % хрома и более 90 % железа, а при металлизации в течение 3 ч степень извлечения обоих металлов достигает 95 %. Структура металла, полученного в результате разделения продуктов восстановления, соответствует структуре углеродистого феррохрома. В металле содержатся карбиды (Cr, Fe) 23C 6 и (Cr, Fe) 7C 3 и силициды FeSi 2 и Cr 3Si, причем с увеличением продолжительности восстановительной выдержки возрастает количество силицидов и содержание железа в них, а карбиды обогащаются хромом. Получаемый в результате разделения шлак по мере роста продолжительности выдержки при обжиге обедняется оксидами железа и хрома; их среднее содержание в случае после твердофазного обжига в течение 3 ч снижается до 0,5 и 2,5 % соответственно.
Бесплатно
Жидкофазное разделение продуктов твердофазного восстановления железо-ванадиевых концентратов
Статья научная
Рассматривается возможность получения из южноуральских железо-ванадиевых концентратов чугуна с низким содержанием титана и шлака с максимально высоким содержанием оксидов титана.
Бесплатно
Статья научная
Термическая обработка, заключающаяся в закалке стали до температуры внутри интервала мартенситного превращения с последующим перераспределением углерода между образовавшимся мартенситом и непревращенным аустенитом (Q&P обработка) применена к коррозионностойкой стали мартенситного класса AISI 414 (15Х13Н2). Моделирование режимов Q&P обработки выполнено на симуляторе термомеханических процессов Gleeble 3800. Фазовые превращения в процессе обработки изучались с помощью контактного дилатометра, измеряющего изменение диаметра образца в месте приварки термопары. После аустенитизации при 1150 °С в течение 3 мин температура начала мартенситного превращения исследуемой стали составила 270 °С. Для реализации Q&P обработки образцы закаливали до температур 250, 200, 150 и 100 °С. Перераспределение углерода между образовавшимся мартенситом и непревращенным аустенитом осуществлялось в процессе 3-минутной выдержки при 450 °С. Закалка до температур 200-250 °С с последующим отжигом при 450 °С не обеспечивает обогащение непревращенного аустенита углеродом, достаточное для подавления мартенситного превращения при последующем охлаждении до комнатной температуры. Понижение температуры закалки до 150 °С с последующим отжигом при 450 °С приводит к полной термической стабилизации непревращенного аустенита вплоть до температур -60 °С, что обеспечивает за счет TRIP эффекта высокую низкотемпературную вязкость исследуемой стали (KCV-60 = 59 Дж/см2), превосходящую значения, заложенные в требования к высокопрочным трубным сталям. Сделан вывод о перспективности Q&P обработки исследуемой стали для получения высокопрочного состояния с высоким уровнем низкотемпературной вязкости.
Бесплатно
Статья научная
Проведён системный анализ термохимических характеристик - температуры и энтальпии плавления интерметаллидов (ИМ) систем Pb-Ln, богатых свинцом, составов Pb3Ln, Pb2Ln и Pb4Ln3. Показано неполное или отсутствие сведений об этих характеристиках для ИМ всего ряда лантаноидов. В качестве основного метода определения и/или уточнения термохимических характеристик ИМ применён полуэмпирический метод, разработанный Н.С. Полуэктовым с сотрудниками. Метод учитывает влияние числа 4f-электронов, спин- и орбитальных моментов движения в атомах лантаноидов, определены и/или уточнены температура и энтальпия плавления интерметаллидов указанных составов. Полуэмпирическими методами разностей В.А. Киреева и М.Х. Карапетьянца определены и/или уточнены отсутствующие в литературе сведения для ИМ лантана, гадолиния и лютеция. Данные для ИМ этих лантаноидов являются опорными для расчёта по основному методу. Определённые величины температуры плавления ИМ позволили рассчитать энтальпии плавления ИМ по известной формуле. Полученные наиболее полные сведения о температуре и энтальпии плавления ИМ составов Pb3Ln, Pb2Ln и Pb4Ln3 позволили установить, что закономерности изменения этих характеристик ИМ в зависимости от природы лантаноидов имеют сложный характер, с проявлением тетрад-эффекта, и чётко делятся на соответствующие подгруппы - цериевую и иттриевую. Эти закономерности внутри подгрупп лантаноидов проявляются по-разному, в зависимости от природы лантаноидов и тех факторов, которые учитываются при обработке данных по основному полуэмпирическому методу. Свойства ИМ европия и иттербия выпадают из общей закономерности, обусловленным заполнением их 4f-орбиталей электронами наполовину или полностью. В целом с ростом порядкового номера лантаноидов наблюдается симбатное увеличение температуры и энтальпии плавления в ряду сходных ИМ состава Pb4Ln3 и понижение этих характеристик для составов Pb3Ln и Pb2Ln.
Бесплатно
Иерархическая модель процесса волочения проволоки в смещенных парах роликов
Статья обзорная
Бесплатно
Иерархический подход в разработке программного комплекса моделирования процессов прокатки
Статья научная
При определении формы и размеров переходных сечений малоизученным вопросом является определение уширения металла, а также формы поверхности, свободной от контакта с валками. Для решения этой задачи разработан программный комплекс на основе иерархического подхода, который объединяет научные методы моделирования процессов сортовой прокатки и эмпирические зависимости на различных уровнях решения задач.
Бесплатно
Статья научная
Разработана новая технология изготовления керамических форм из наливных самотвердеющих смесей на основе металлофосфатных связующих с использованием наносекундных электромагнитных импульсов. Она позволяет ускорить цикл формообразования, исключить сушку форм и стержней, улучшить комплекс их физико-механических свойств. В результате улучшается качество поверхности отливок в литье по выплавляемым моделям.
Бесплатно
Изготовление металлокерамических композитов по способу «конденсированное горение - пропитка»
Статья
Бесплатно
Изготовление фольги из сплавов свинца и олова в условиях ЮУрГУ и ООО НПО «Р.О.С.Антикор»
Статья научная
Свинцовая, оловянная и свинцовая фольга, плакированная оловом, используется в различных отраслях техники, медицине и пищевой индустрии. Согласно ГОСТ 18394-2016 толщина фольги находится в диапазоне 0,015-0,21 мм, а ширина фольги - 70-450 мм. Технология изготовления фольги на основе свинца, олова и их сплавов разработана достаточно давно, в 20-30-х гг. прошлого столетия. В СССР и за рубежом в те годы в силу специфических физико-механических свойств прокатываемых металлов использовалась холодная прокатка, реализующая рулонный и карточный методы прокатки. Применение в то время рулонного или карточного метода прокатки обусловливалось прежде всего наличием соответствующего оборудования. Прокатка фольги осуществлялась как на реверсивных, так и на нереверсивных двухвалковых прокатных станах, имеющих диаметры рабочих валков 230-700 мм. Анализ состояния технологии и применяемого оборудования для прокатки фольги из свинца, олова и свинцовой фольги, плакированной оловом, в настоящее время мало отличается от технологий, используемых в СССР. По нашему мнению, это объясняется малотоннажностью заказов, малым выходом годного (60-70 % от ленточной заготовки толщиной 0,9 мм), низкой рентабельностью и незаинтересованностью производителей в совершенствовании технологии. По имеющимся сведениям, время исполнения заказов на некоторых предприятиях доходит до 6 месяцев. Эти недостатки в удовлетворении спроса на малотоннажные партии отмечались в Распоряжении Правительства РФ № 4260-Р от 28 декабря 2022 г. В настоящей работе представлен опыт изготовления малотоннажных партий на основе свинца и олова в условиях ООО НПО «Р.О.С.Антикор» и ЮУрГУ. Проведенная исследовательская работа по разработке технологии и ее отработке для условий упомянутых организаций позволила разработать технологический регламент изготовления фольги и технические условия на свинцовую, оловянную и свинцовую фольгу, плакированную оловом.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается способ повышения микротвердости поверхности безвольфрамового твердого сплава на основе карбида титана со связующей фазой из интерметаллида никелида титана (TiNi). Известно, что матрица в твердых композиционных материалах должна проявлять способность к произвольному формообразованию в процессе деформации композита, а также хорошо упрочняться и хорошо смачивать твердые частицы, обеспечивая прочную связь по границам фаз и высокую плотность при спекании. Повышение прочностных свойств и твердости композиционных материалов достигают совершенствованием микроструктуры, устранением дефектов в их строении при улучшении процессов смачивания связующей фазой. Экспериментально установлено, что процесс облучения поверхности отполированных образцов ионами Ar+ и Zr+ с энергией около 20 кэВ и дозой 1017 ион/см2 твердого сплава приводит к значительному изменению микротвердости материала за счет образования закалочных точечных дефектов, возникающих при интенсивном нагреве и охлаждении образцов композита. В результате имплантации образцов твердых сплавов структура формируется в крайне неравновесных условиях взаимодействия поверхности безвольфрамового сплава с концентрированным потоком энергии и вещества. Поэтому этот метод повышения прочности и микротвердости является перспективным способом повышения износостойкости дезинтеграторных бил и металлокерамических зубьев, используемых в дорожно-строительных машинах для ремонта дорожного покрытия. Кроме того, изменение температуры, возникающей при облучении твердых сплавов системы TiC-TiNi, играет значительную роль в формировании его структуры и изменении микротвердости на поверхности образцов.
Бесплатно
Изменение электронной структуры -железа, содержащего внедренные атомы водорода
Статья научная
Моделирование растворения малых примесей водорода в ОЦК-железе с помощью программного пакета WIEN2k показало, что разбиение обратного пространства на 27 k-точек и использование Kmax=5,0 a.e.-1 дают достаточно точные значения энергии растворения. Тетраэдрическая позиция оказалась на 0,46 эВ стабильнее октаэдрической. Энергия растворения водорода в ней составила 0,307 эВ без учета релаксации и 0,190 эВ с учетом релаксации решетки.
Бесплатно
