Аннотация: На исторических примерах показана актуальность технологии чугунного литья по выплавляемым моделям при создании произведений скульптуры и декоративно-прикладного искусства. Процесс формирования контактной поверхности при песчано-глинистой формовке с использованием облицовочной смеси представлен как отправная точка изготовления высокохудожественных изделий из серого и высокофосфористого чугуна. В качестве действующего способа получения точных отливок технического художественного назначения рассмотрено литье по выплавляемым моделям с использованием этилсиликата. Применение водного раствора кремнезоля в качестве отвердителя для эфира ортокремниевой кислоты рассмотрено как перспективное направление изготовления художественных отливок с развитым макрорельефом и высоким качеством литой поверхности. Представлен механизм формирования шероховатости чугунных отливок при литье по выплавляемым моделям. Показано влияние способов отверждения и состава золя кремнекислоты. Приведены параметры образования контактной поверхности керамических форм. Рассмотрены варианты развитой и подавленной пористости. Выделены критические операции при изготовлении первого слоя литейной керамики. Показано влияние параметров массообмена при технологической операции отверждения. Анализ механизма структурообразования выполнен на основе принципов неравновесной динамики. Минимальный прирост энтропии в ходе гелеобразования представлен в виде скриншотов динамического процесса и конфигурации конечных структур. Представлены экспериментальные данные по процессам сегрегации компонентов литейной формы. Модель массопереноса учитывает деградацию жидкой фазы как движущей силы. Модель предполагает конечную скорость испарения, воды или органического растворителя с поверхности керамической формы. Обозначена актуальность получения художественных отливок из чугуна с развитым макрорельефом и низкой шероховатостью.

Аннотация: Представлено исследование ударного вибрационного накатывания конструкционных сталей. Вибрационное накатывание отличается от обычного тем, что деформирующему элементу дополнительно сообщается возвратно-поступательное (осциллирующее) движение вдоль оси обрабатываемой детали. Осциллирующее движение деформирующего элемента создает синусоидальный след инструмента, который накладывается на винтовую линию, образованную в результате кинематической связи обрабатываемой детали с инструментом. Повышение точности (уменьшение допуска) размера детали при образовании полностью нового микрорельефа зависит от параметров исходной шероховатости, размеров деформирующего элемента и режимов обработки. Приведены результаты экспериментального исследования зависимости шероховатости поверхности, поверхностной твердости от изменения параметров ударного вибрационного накатывания. Показана зависимость высоты микронеровностей профиля от номинальной глубины вдавливания, подачи и диаметра деформирующего шара для различных марок стали. Получена зависимость поверхностной твердости от номинальной глубины вдавливания, подачи и диаметра деформирующего шара и зависимость среднего шага микронеровностей от подачи для исследуемых марок конструкционной стали.

Аннотация: Проведен анализ методов дробления стружки при обработке труднообрабатываемых материалов. Рассмотрен процесс резания заготовок из аустенитных сталей на основе предварительного локального криогенного воздействия на обрабатываемую поверхность с созданием упрочненной зоны с мелкозернистой структурой. Построена модель локального криогенного воздействия на обрабатываемые поверхности заготовок. Определены размерные параметры упрочненной зоны с мелкозернистой структурой, способствующей обеспечению устойчивого сегментирования и дробления сливной стружки, а также достижению высокого качества обработанных поверхностей заготовки после нанесения предварительного криогенного воздействия. Показано влияние криогенного воздействия на процесс обработки резанием аустенитных сталей.

Аннотация: Представлены особенности работы замкового соединения буровой штанги, и проблемы, возникающие при формировании микрогеометрии резьбы. Предложен метод магнитно-абразивного полирования наружной и внутренней резьбовой поверхности замкового соединения. Рассмотрен способ определения магнитных сил в рабочем пространстве устройства для магнитно-абразивной обработки. Показано применение программной среды ANSYS Maxwell для расчета величины магнитной индукции в межполюсном пространстве. Приведен анализ распределения магнитных сил в межполюсном пространстве при различных модификациях полюсных магнитов, позволяющий определить наиболее эффективный конструктив магнитного наконечника. Полученные результаты позволяют определить условия технологического обеспечения равномерного поверхностного слоя резьбовой поверхности замкового соединения буровой штанги.

Аннотация: Приведены фундаментальные исследования материала для изготовления энергетического и химического оборудования с целью обеспечения надежности его работы и длительной эксплуатации в условиях высоких температур и коррозионно-агрессивных сред. Представлена методика расчета остаточного ресурса длительной прочности жаропрочных сталей после их продолжительной эксплуатации при повышенных температурах для прогнозирования и определения возможности их дальнейшей работы после выработки ресурса материала без дополнительной обработки. Для стали 10Х2М, применяемой для производства промышленных емкостей, работающих под давлением при высоких температурах, приведены расчеты с использованием экспресс-метода, проведены испытания на длительную прочность данной марки стали после ее эксплуатации, выполнен анализ полученных экспериментальных и расчетных данных. Представлены исследования микроструктуры методом оптической металлографии, проведена оценка микроповрежденности металла и степени деградации структуры образцов отработанного материала и образцов после разрушения при испытаниях на длительную прочность отработанной стали. Проанализировано изменение структуры, характер зависимости длительной прочности отработанной стали, рассмотрены процессы, происходящие при повторной эксплуатации. Анализ полученных данных свидетельствует о восстановлении характеристик зависимости длительной прочности при невысоких нагрузках и повышенных температурах эксплуатации, даны рекомендации по возможности дальнейшего использования элементов энергетического и химического оборудования. В процессе выполнения работы изучена возможность использования статистического метода изучения данных о нагрузках, воздействующих на металл при высоких температурах, которая позволяет определить негативные последствия от условий эксплуатации, увеличить точность прогнозирования срока службы элементов конструкций, а также использовать полученные данные для их повторной эксплуатации. Возможность применения предложенных расчетов по определению остаточного ресурса сталей подтверждена результатами металлографических исследований.

Аннотация: Рассмотрены возможность развития энергоэффективных и ресурсосберегающих технологий в области металлургии черных и цветных металлов, а также вопросы снижения экологической нагрузки на окружающую среду. В результате выполненных исследований предложен способ проведения доменной плавки с вдуванием синтетического горячего восстановительного газа (ГВГ), полученного из доменного газа и недефицитных и относительно недорогих углей. Совместное вдувание в горн пылеугольного топлива (ПУТ) (120–138 кг/т чугуна) и ГВГ (300–550 м3/т чугуна) позволит снизить расход скипового кокса на 17–36 % (до 288–322 кг/т чугуна). Расход условного топлива (у.т.) из дефицитных энергоресурсов (кокс + ПУТ) составит 458–482 кг/т чугуна. Повышение расхода вдуваемого ГВГ до 600–900 м3/т чугуна снижает расход скипового кокса до 350–388 кг/т чугуна (68–105 кг/т чугуна; 15–21 %) и расход условного топлива из дефицитных энергоносителей (кокса) до 388–426 кг/т чугуна (154–191 кг/т чугуна; 26–33 %), что соответствует лучшим мировым аналогам при выплавке чугуна. Использование полученного из доменного газа ГВГ в качестве восстановительного при производстве чугуна позволит существенно повысить показатели доменной плавки, снизить выбросы СО2 в атмосферу и улучшить экологическую обстановку в металлургических регионах страны.

Аннотация: Горнодобывающая промышленность постепенно перемещается в Арктический регион, характеризующийся вечно- и многолетнемерзлыми грунтами. Экскавация пород в этих регионах затруднена повышенной прочностью пород за счет ледового смерзания кусков породы после вскрышных работ и требует нового подхода к производству быстросменного инструмента ковшей экскаваторов и погрузчиков. Проведен анализ причин ускоренного выхода из строя коронок ковшей экскаваторов после эксплуатации в зимний период в северных регионах страны. Показано, что основными причинами их ускоренного выхода из строя являются литейные дефекты и недостаточная хладостойкость материала коронок. Горячие литейные трещины и крупные неметаллические включения, являются инициаторами ускоренного разрушения, так как в ходе эксплуатации приводят к развитию усталостных и холодных хрупких трещин. Подтверждена недостаточная для этих регионов хладостойкость применяемых марок сталей и режимов их термической обработки, что приводит к развитию трещин хрупкого разрушения. Установлено, что для повышения работоспособности металла коронок экскаваторов, эксплуатируемых в условиях холодного климата необходимо модифицировать химический состав стали для повышения ее хладостойкости при сохранении уровня прочности и твердости. Определены основные направления модификации состава стали.

Аннотация: Рассмотрено использование пленочных материалов для лазерной маркировки химически стойких этикеток. Эти этикетки приклеивают к изделию, они являются несъемными, разрушаясь при попытке переклеивания, что обеспечивает защиту от фальсификации информации. Данная технология предпочтительнее прямой лазерной маркировки на изделии, так как позволяет избежать ухудшения качества маркировки из-за коррозии или высоких температур. Новые композитные пленочные материалы для использования в лазерной маркировке ответственных изделий в машиностроительной и металлургической отраслях промышленности, работающих в условиях агрессивных сред и высоких температур. Предложены клеящиеся высокотемпературные пленочные материалы, а также материал для маркировки раскаленных изделий с применением пристрелочного пистолета. Представлены исследования температурной и химической стойкости пленок для лазерной маркировки в различных условиях эксплуатации. Изучены образцы пленок, нанесенные на стальные пластины 10Х18Н9, которые затем нагревали до определенных температур и проверяли на стабильность маркировки. Приведено исследование качества лазерной маркировки, которое обеспечивают разработанные пленки. В ходе работы пленки обработали на волоконной лазерной системе, после чего провели сравнение с качеством изображения на полимерных лазерных пленках. Оценили химическую стойкость пленок после взаимодействия с агрессивной средой через разные промежутки времени. Образцы проверяли на их внешний вид и контрастность маркировки. Результаты исследований могут быть полезны для разработки технологий лазерной маркировки в машиностроительной и металлургической отраслях.

Аннотация: В представленной статье рассмотрены вопросы повышения качественных показателей поверхности изделий из низколегированной стали марки 40Х, применяемых в горной промышленности. Отмечено, что на формирование шероховатости наибольшее воздействие оказывает дестабилизация процесса обработки, которая сопровождается возникновением автоколебаний. Для решения данной проблемы разработан метод сегментированной механической обработки. На первом этапе формируют сегментированную зону в поверхностном слое заготовки посредством лазерного излучения с целью модернизации исходной микроструктуры. На втором этапе осуществляют механическую обработку заготовки с сегментированной зоной, активирующую механизм сброса и кратковременной перенастройки условий резания. Реакция системы на данную механику проявляется в изменении процесса стружкообразования, что подтверждается высокоскоростной видеосъемкой. Установлено, что при резании стали 40Х происходят зарождение, надлом и дробление сливной стружки по границе сегментированной зоны, что свидетельствует об изменениях в протекании процесса стружкообразования и стабилизации обработки. Эффективность предлагаемого метода оценили по параметрам шероховатости поверхности Ra, Rz, Rv. Проведенные исследования показали, что на этапах черновой и получистовой операции общее состояние поверхности заготовки по нормированным параметрам шероховатости улучшается на 18 и 29 % соответственно. Полученные данные позволяют сделать вывод, что применение метода управляемой сегментированной обработки позволяет сократить число выполняемых операций.

Аннотация: Выполнена оценка степени наклепа и глубины его распространения при черновой токарной обработке высокомарганцовистой стали марки 110Г13Л (сталь Гадфильда). Рассмотрены особые свойства, область применения и проблемы, возникающие при механической обработке стали Гадфильда. Представлены результаты проведенных исследований при черновом наружном точении литой заготовки круглого сечения. Определены оптимальный состав реактива и длительности травления для оценки изменений структуры стали после наклепа; проведен микроструктурный анализ. Выполнена оценка степени упрочнения наклепанного слоя. Исследовано распределение степени наклепа, полученного при черновой токарной обработке по глубине. Полученные результаты позволяют разработать стратегию последующей механической обработки заготовок из стали Гадфильда. Даны рекомендации по выбору методов обработки и металлорежущих инструментов.

Аннотация: Представлены результаты электролитического наводороживания пяти зон вертикально установленных на центральной вертикали образца (снизу вверх через 5 мм) образцов АРМКО-железа размером 30×20×2 мм в 5%-ном растворе H2SO4 с добавлением промотора 1,5 г/л CS(NH2)2 при плотности катодного тока 10; 17,5 и 25 мА/см2 и длительности наводороживания до 35 мин. Обнаружено, что независимо от расположения зоны измерения и плотности тока изменение твердости HV образцов во времени имеет одинаковый вид: возрастание в течение 7,5–10 мин от исходного (HV0 ~1475 МПа) до максимального (HVmax до 2090 МПа) значения, а затем снижение при существенной разнице между значениями ΔHVmax = HVmax – HV0 для самой нижней зоны 1 (ΔHVmax = 615 МПа) и самой верхней 5 (ΔHVmax = 372 МПа). Зоне 1 на поверхности образца соответствует и максимальное число «пузырей» (блистеров), на некоторых из них регистрируются темные линии — трещины. Вид установленной зависимости ΔHV = f(t) обусловлен суммарным действием двух факторов: искажением кристаллической решетки из-за внедрения в нее атомов водорода и ее сжатием давлением молекулярного водорода, находящегося в микропустотах в поверхностном слое металла. При достижении в блистерах критического значения давления водорода они трескаются с выходом водорода в атмосферу. Этот процесс сопровождается снижением сжимающих усилий, воздействующих со стороны блистеров на кристаллическую решетку, с уменьшением ее деформации и, как следствие, регистрируемой твердости. Величина максимального приращения твердости ΔHVmax в каждой зоне образца зависит от числа образовавшихся в этой зоне блистеров, и по этой причине убывает по мере подъема зоны измерения вверх. Незначительная разница в величинах ΔHVmax образцов после завершения наводороживания и выдержки на воздухе в течение 30 сут, достаточной для десорбции растворенного водорода из металла, свидетельствует о том, что основной вклад в искажение кристаллической решетки и повышение твердости АРМКО-железа при наводороживании вносит молекулярный водород.

Аннотация: Трудно переоценить значение диаграммы состояния Fe – C, позволившей открыть новые границы в понимании свойств сплавов на основе железа, начало построения которой положено Д. К. Черновым, выдающимся российским металлургом, в своей научной деятельности связанным с ведущими вузами Санкт-Петербурга. Вместе с тем аномалии свойств и отсутствие их связи со структурой сплавов-смесей и диаграммой состояния известны около века, но не нашли объяснения. А. А. Бочвар, изучая свойства состоящих заведомо из чистых компонентов сплавов-смесей, сделал вывод: «Однозначной зависимости между составом и свойствами, как оказалось, вообще не существует». К такому же заключению пришел И. И Корнилов: «Но какую-либо строгую связь твердости с диаграммой состояния установить трудно». Гораздо более резко отметили Н. И. Беляев и Н. Т. Гудцов: «Видимый предел упругости не имеет никакой связи со структурой стали». Э. Гудремон, скрывая явную аномалию (максимум предела текучести) провел кривую мимо экспериментальной точки при ~0,5 % С. Максимум предела текучести отожженных сталей при ~0,5 % С показан П. Обергоффером в 1915 г., но оставлен без комментария. Выполнен анализ диаграммы состояния Fe – C с учетом трех вертикалей, нанесенных Д. К. Черновым в 1916 г., которые не учитывали в последующих редакциях диаграммы. Правило Н. С. Курнакова связывает изменение свойств сплавов с типом диаграммы состояния, однако не дает объяснения многочисленным аномалиям физико-механических свойств сплавов. В связи с этим предложен новый подход к анализу диаграммы состояния, учитывающий три вертикали Д. К. Чернова и линии диаграммы состояния с учетом концентрационных зависимостей и качественных интервалов кристаллизации (перекристаллизации). На основании установленных многочисленных аномалий физико-механических свойств расплавов, аустенита, мартенсита и ферритно-цементитной смеси декларированы промежуточные фазы (~Fe42C, ~Fe24C, ~Fe10C), позволяющие открыть новый взгляд на открытую более 100 лет назад диаграмму. Декларируемые в статье промежуточные фазы могут быть применимы для объяснения аномалий физико-механических свойств промышленно используемых сталей.

Аннотация: Рассмотрены процессы, связанные с фазовыми превращениями при закалке крупногабаритных поковок из легированных сталей. Проанализированы базовые процессы превращений, их возможное влияние совместно с режимами охлаждения на характеристики свойств. В первой части статьи изучены вопросы фазовых превращений в области перлитного и бейнитного превращений, определенных по стандартным термокинетическим диаграммам и смоделированным режимам. Приведены расчетные значения скоростей охлаждения поковки максимального сечения 1000 мм в трех зонах (поверхности, центре и 1/2 радиуса заготовки) при закалке в масле, определены микроструктура и кинетика перлитного и бейнитного превращения. Приведены результаты дилатометрических исследований в трех различных температурных зонах по сечению термообрабатываемой заготовки при охлаждении с соответствующими расчетными скоростями. Во второй части статьи выполнен анализ кривых охлаждения, микроструктуры и твердости образцов после закалки в масле, а также температуры начала и окончания превращения аустенита в трех зонах заготовки. Сделаны выводы о важности учета ширины диапазона критических точек для оценки характера превращения аустенита в области перлитного превращения. Показано, что скорости охлаждения при закалке не постоянны во всем диапазоне температур, что необходимо учитывать при построении термокинетических диаграмм превращения аустенита при непрерывном охлаждении. Характер превращения аустенита при моделировании режима охлаждения наиболее показателен и соответствует реальным режимам охлаждения при закалке.

Аннотация: В целях снижения выбросов в атмосферу углекислого газа, образующегося в результате применения на производстве и в быту нефтепродуктов, предложено использование водорода как экологически чистого энергетического ресурса вместо стандартных видов топлива. Однако водород обладает высокой проникающей способностью, что ведет к его неизбежным диффузионным потерям через стенку трубопровода в процессе транспортировки и хранения. На основании литературных данных и математических преобразований предложена расчетная модель для оценки утечки водорода при перекачке по трубопроводу под давлением до 1,2 МПа при температуре перекачиваемой среды от 300 до 600 К. С использованием табличных литературных данных по коэффициентам проницаемости на основании расчетной модели определены возможные потери водорода при его транспортировке по трубопроводу, выполненному из разных марок аустенитных коррозионностойких сталей (304, 304L, 310, 316, 316L, 316LN, 321, 21-6-9, 21-9-9) при температурах от 300 до 600 К. По результатам расчетов установлено, что самым эффективным материалом по снижению проницаемости водорода является сталь 304L (максимальные потери ~69 л/год при температуре 600 К), а наименее эффективным — сталь 310 (903 л/год при температуре в 600 К). В остальных сталях объем потерь варьируется в диапазоне ~200–300 л/год. Анализ состава сталей показал, что снижение концентрации углерода, азота, серы и фосфора приводит к повышению ее стойкости к проникновению водорода.

Аннотация: Рассмотрены текущее состояние и перспективы использования альтернативных углеродсодержащих материалов в качестве исходного сырья для получения кокса с целью частичного или полного замещения угля в металлургических процессах и желательных свойств альтернативных топлив, которые способствуют такому замещению. Частичное замещение коксующегося угля низкосортным топливом низкой степени метаморфизма определено в качестве перспективного подхода для эффективного снижения уровня потребления угольного кокса и расширения сырьевых баз низкосортных топлив. Актуальным для расширения энергетических и технологических свойств углеродсодержащих компонентов с целью повышения эффективности и качества металлургических процессов является изучение вопросов использования продуктов термической переработки торфяного сырья. Проведен анализ достигнутого уровня технологий термической конверсии торфяного сырья и основные пути развития технологий в области его термической переработки с учетом накопленного ранее опыта. На основании проведенных экспериментов сделан вывод, что кокс, полученный из торфяного сырья, характеризуется высокой реакционной способностью. Интерес к использованию торфяного сырья для производства кокса обусловлен его доступностью и гораздо более низкой стоимостью по сравнению с обычно используемыми твердыми коксующимися углями. Проведен анализ существующих торфяных баз и перспективы их развития, позволившие обозначить возможное размещение совмещенных производственных комплексов. Исходное торфяное сырье преобразуется в окускованные материалы методом экструзии с помощью процессов предварительной механотермической переработки прежде чем они могут быть использованы в производстве чугуна и стали.