Аннотация: Важной проблемой повышения эксплуатационной стойкости деталей машин и технологического инструмента является получение упрочненного рабочего слоя с заданным распределением твердости по глубине, соответствующим его функциональному назначению. Наиболее технологичным способом является поверхностная плазменная закалка. Преимуществами такой технологии являются доступность, невысокая стоимость и распространенность оборудования, широкий диапазон регулирования тепловложения различными способами и достаточно высокая производительность. Под воздействием концентрированного потока тепловой энергии, выделяемой в пятне нагрева плазменной дугой, происходит направленная модификация структуры и свойств поверхностного слоя обрабатываемой детали за счет фазовых превращений. Регулируя скорость, температуру и глубину нагрева можно изменять состояние аустенита в процессе фазового превращения и в конечном итоге формировать различные продукты его распада при охлаждении. Проведен анализ распределения твердости по глубине зоны термического воздействия при плазменной поверхностной обработке сталей. Выявлено, что возможно образование трех характерных вариантов градиента изменения твердости по глубине закаленного слоя. Плавное изменение твердости наблюдали на стали низкой прокаливаемости. Для сталей высокой прокаливаемости характерно ступенчатое распределение твердости или смешанное — плавное со ступенчатым. Для мартенситных сталей характерно смешанное распределение твердости. Определены вероятные процессы, приводящие к формированию каждого из характерных градиентов твердости. Даны рекомендации по выбору режимов обработки исходя из функционального назначения градиентного упрочненного слоя.

Аннотация: Проведен комплекс научно-исследовательских, проектно-конструкторских и внедренческих работ по созданию технологии и клети радиально-сдвиговой прокатки (РСП) специальной конструкции для предварительного обжатия непрерывнолитых заготовок в условиях действующего агрегата ТПА-160 АО «Первоуральский новотрубный завод». Проведена предпроектная исследовательская работа, в ходе которой на стане РСП выполнена прокатка опытной партии заготовок диаметром 150–156 мм из сталей 12Х1МФ, 18ХМФБ и 18Х3МФБ на диаметр 90 и 105 мм. Сравнительный анализ микроструктуры исходных непрерывнолитых заготовок (НЛЗ) и прутков после горячей деформации показал, что РСП позволяет интенсивно измельчать структуру НЛЗ и при коэффициентах вытяжки 2–3 обеспечивать качественную проработку литой структуры на 70–90 %. Выполнена конструктивная проработка клети в отношении допустимых усилий, прочности и возможности монтажа в линию действующего ТПА-160. Применение специализированной клети РСП при углах подачи 18 град. для предварительной деформации НЛЗ позволило увеличить обжатие до 45 %, коэффициент вытяжки до 3,0–3,3 и проводить прокатку НЛЗ диаметром 156 мм из легированных хромсодержащих сталей до диаметра 90–95 мм за один проход.

Аннотация: Для повышения износостойкости прошивных и раскатных оправок при прошивке и раскатке полой заготовки из легированных сталей и сплавов применяют внутреннее охлаждение. Прошивка особотолстостенных длинных полых заготовок с соотношением Lт:Dт > 9 сопровождается тяжелыми тепловыми и силовыми условиями эксплуатации оправок. При прошивке легированных марок стали часто происходит износ носка оправки вследствие его пластической деформации в сочетании с высокими температурой и удельным усилием на контактной поверхности, которое превышает сопротивление деформации материала оправки. Приведены результаты исследования квазистационарного теплового состояния водоохлаждаемой прошивной и раскатной оправок в условиях пузырькового и пленочного режимов кипения, полученных с применением компьютерного моделирования. Анализ теплового поля прошивной и раскатной оправки указывает на наличие трех характерных зон. Для прошивной оправки наиболее разогретым является носок. При прошивке его поверхность разогревается до температуры 830 °C. Такая низкая эффективность охлаждения связана с условиями теплообмена, которые осуществляются при пленочном режиме кипения. Внутренняя полость, приближенная к носку оправки, имеет маленький (8–10 мм) диаметр сечения канала, что приводит к образованию паровой подушки. Тепловое поле раскатной оправки существенно отличается от прошивной. В результате менее жестких условий работы и относительно небольшой суммарной площади контактной поверхности с разогретой заготовкой максимальная температура оправки существенно ниже. Наиболее разогретым является наружная поверхность конической части оправки, температура которой составляет 580 оC.

Аннотация: С целью улучшения служебных свойств прокатных валков постоянно изыскивают новые валковые материалы, такие как заэвтектоидные стали, отбеленные чугуны, износостойкие сплавы, характеризуемые высокими твердостью и износостойкостью. Однако затрудненность их обработки препятствует внедрению изготовленных из них прокатных валков на станах. Совершенствование технологии обработки прокатных валков, определение альтернативных методов обработки и проведение сравнительного анализа для выявления наиболее производительного способа обработки всегда является актуальным. Существует традиционный метод обработки ручьев прокатного валка: черновая обработка профиля канавочным резцом; формирование профиля фасонным резцом; окончательная обработка проходным резцом на копировальном станке или на станке с числовым программным управлением. Недостатками такой схемы являются низкая производительность и малая стойкость режущего инструмента. Интенсифицировать обработку сложнопрофильных и крупногабаритных деталей можно применением фрезоточения. Возможно черновое формирование профиля при обработке дисковой фрезой, которая образует канавку за 1–2 оборота в зависимости от глубины профиля. Аналогично черновое формирование профиля при обработке концевой фрезой. Рассмотрено применение длиннокромочных фрез с зубом, формируемым набором пластин, расположенных по винтовой линии (фреза-«кукуруза») — инструмент для высокопроизводительной черновой обработки. Определены технологические процессы обработки прокатных валков с использованием качестве режущего инструмента фрезы. Проведено сравнение производительности каждой из технологий обработки и рекомендован наиболее перспективный. Установлено, что при обработке детали методом фрезоточения производительность может возрастать в 2,1–4,2 раза по сравнению с традиционным методом обработки валков — токарной обработкой.

Аннотация: Дефицит инженерных кадров является одной из самых острых проблем современного производства. Несмотря на конкурентную заработную плату, работа инженера в металлургическом производстве не становится престижной. Наблюдается низкая заинтересованность абитуриентов в поступлении на инженерно-технологические направления подготовки, что, в свою очередь, негативно отражается на кадровом потенциале металлургической промышленности. Программа «Инженерные решения для современного производства» направлена на подготовку уникальных инженерных кадров уровня среднего и высшего звена управления, способных планировать, проектировать, производить и применять сложные инженерные объекты, процессы и системы в современных условиях металлургического производства.

Аннотация: Нагрев холодных слитков под ковку включает плавное повышение температуры в объеме металла на начальной стадии с целью устранения возникновения недопустимо высоких значений температурных напряжений, способствующих возникновению трещин. В дальнейшем нагрев проходит при максимальной мощности печи, который приводит к возникновению значительного перепада температуры между поверхностью и центром слитков, усиливающего неоднородность волокнистого строения деформированного металла по сечению и анизотропию его механических свойств. Томильная зона печи предназначена для снижения этих негативных моментов за счет уменьшения перепада температуры по сечению слитков в конце нагрева не более 50 °C. При этом расчет изменения температуры по длине томильной зоны связан с трудностями. На основании проведенного лабораторного экспериментального нагрева цилиндрической заготовки диаметром 0,081 м, длиной 0,25 м и массой 9,8 кг из стали 45 в электрической камерной печи предложена методика расчета изменения температуры печи по длине томильной зоны, основанная на равенстве удельных тепловых потоков: поступающего на поверхность нагреваемого слитка, и проходящего в глубь нагреваемой заготовки. Результаты расчета показали полное их совпадение с экспериментальными значениями. На основании полученных данных с использованием компьютерного моделирования исследованы слитки массой 2, 10, 15 и 100 т из трех марок стали (35, 40ХН и ШХ15) с определением длительности их нагрева, температуры печи в методической, сварочной и томильной зонах, а также температурного поля по сечению слитков перед ковкой. Предложенная методика расчета температурного напора в томильной зоне позволяет регулировать температурное поле по сечению нагреваемой заготовки в конце нагрева, что способствует снижению полосчатости структуры деформированного металла и анизотропии его механических свойств.

Аннотация: Работоспособность установок, аппаратов и приборов во многом определяется износостойкостью их деталей. Наиболее катастрофическим видом изнашивания является абразивное: от непосредственного контакта зуба мощного карьерного экскаватора с монолитом взорванной горной породы до нескольких пылинок в зоне трения прецизионной пары. Для восстановления после абразивного изнашивания корпусных деталей из серого чугуна марки СЧ20 наиболее подходящим является способ холодного газодинамического напыления. Данный метод восстановления повреждений в виде трещин, пробоин и сколов основан на обеспечении адгезионной прочности газодинамических покрытий на чугунной основе за счет подготовки поверхности под напыление. Рассмотрено повышение эксплуатационных свойств чугуна марки СЧ20 сверхзвуковым газодинамическим напылением, проведено изучение формирования слоя напыления металлического порошка RotoTec 29029S гранулометрическим составом 150–200 мкм на образцах размерами 30×20×15 мм. Целью работы является повышение эксплуатационных свойств чугуна марки СЧ20 сверхзвуковым газодинамическим напылением порошковых материалов.

Аннотация: Системы водоотведения (канализации) в Ереване построены более 50 лет назад и не соответствуют современным экологическим стандартам. Устаревшая инфраструктура часто приводит к засорам, утечкам и авариям, которые могут вызывать значительные экономические потери, а также ущерб как для окружающей среды, так и для здоровья населения. Практика показывает, что часто канализационные трубы становятся критическими объектами, которые предопределяют санитарное состояние и риск биологического загрязнения окружающей среды, увеличивают опасность возникновения различных инфекционных заболеваний. Надежность и экологическая безопасность трубопроводов водоснабжения и канализации являются одним из основных требований, предъявляемых к системе водоснабжения и канализации городов и населенных пунктов. Практика эксплуатации городских систем водоснабжения и водоотвода (канализации) показывает, что частые нарушения нормальной работы связаны в основном с повреждениями на участках трубопроводов городской водопроводной и канализационной сети, которые являются наиболее функционально значимыми и уязвимыми элементами. Это требует применения новых эффективных технологий повышения механических свойств внутренних стенок трубопроводов без нанесения вреда окружающей среде. Представлены результаты проведенных экспериментов по ультразвуковому двустороннему упрочнению для тонкостенных пластин из материалов Х18Н9Т и 8011 размером 200×400 мм. Глубина обработки поверхностного слоя составила 194 мкм для стали Х18Н9Т и 168,5 мкм для материала 8011. На практике целесообразно применять тонкостенные пластины из материала Х18Н9Т с двусторонним ультразвуковым упрочнением (с глубиной упрочненного слоя до 194 мкм) для повышения прочности и коррозионной стойкости внутренних стенок металлических трубопроводов. Это позволит значительно сократить расходы на ремонтные и восстановительные работы системы водоснабжения и канализации.

Аннотация: Производство холоднокатаного проката высокого качества предъявляет жесткие требования к техническому состоянию оборудования прокатных станов, включая его геометрические и геодезические характеристики. На основе многолетнего опыта эксплуатации оборудования станов холодной прокатки определены геометрические характеристики, оказывающие существенное влияние на условия эксплуатации, стабильность технологического процесса и качество продукции. Как наиболее значимые рассмотрены характеристики положения узлов клетей в вертикальной и горизонтальной плоскостях, влияющие на распределение усилий и натяжений по ширине полосы, углы скрещивания осей валков. Показана необходимость контроля этих показателей в ходе эксплуатации, в том числе проведение геодезических обследований. Предложены методики расчета и выполнены оценки влияния геометрических отклонений на условия прокатки и службы сменного оборудования, включая асимметрию усилий и натяжений по ширине полосы, осевые нагрузки на подшипники валков. По результатам выполненных геодезических измерений оценены углы скрещивания осей валков, осевые нагрузки и снижение ресурса работоспособности подшипников. Сопоставление оценок с результатами эксплуатации стана показало адекватность предложенных методик. Рассмотрены способы компенсации негативного влияния геометрических отклонений и показана их эффективность при реализации на многоклетевом стане. Корректировка процедур контроля и обслуживания сменного оборудования, выполненная на основе результатов геодезического обследования стана, позволила многократно снизить вероятность выхода из строя подшипников валков.

Аннотация: Представлены результаты работ по повышению точности поперечного профиля горячекатаного проката, проведенных на широкополосном стане 2000 ПАО «НЛМК». Рассмотрены методики расчета показателей профиля, включая оригинальные методики, разработанные и реализованные на стане в режиме онлайн. Изложены новые подходы к оценке локальных утолщений, применяемые на стане 2000 и основанные на цифровой фильтрации результатов томографического измерения профиля. Показан комплексный подход к проблемам повышения точности проката, включающий исследования и математическое моделирование, совершенствование и разработку технологий, модернизацию оборудования и систем управления. Разработанная в ПАО «НЛМК» математическая модель формирования профиля, учитывающая геометрию CVC-валков с осевой сдвижкой и их износ, изгиб и сплющивание поверхности, термическое расширение бочки, обеспечивает высокую точность прогноза и используется для оптимизации управления осевой сдвижкой при прокатке электротехнической изотропной стали — проката с наиболее высокими требованиями к геометрическим характеристикам профиля. Представлены результаты экспериментального опробования технологии управления кромочными утонениями на 12-й клети стана 2000.

Аннотация: Рассмотрено применение лазерной закалки сталей при нагреве без оплавления поверхности для повышения работоспособности технологического инструмента для обработки металлов давлением, в том числе валков станов холодной прокатки и вырубных штампов холодного деформирования. Для описания процессов лазерной закалки предложено использовать безразмерные параметры, которые имеют физический смысл и учитывают технологические параметры лазерной термообработки и теплофизические характеристики обрабатываемого металла: относительную мощность лазерного излучения, равную отношению мощности лазерного излучения к мощности теплового потока, которая может быть отведена от поверхности за счет теплопроводности в глубь металла без его плавления; относительную скорость перемещения лазерного луча, равную отношению скорости перемещения лазерного луча к скорости распространения температурного фронта в данном материале; относительную глубину закаленного слоя, равную отношению глубины закаленного слоя к максимально возможному теоретическому значению, которое достигается в том случае, когда температура на поверхности металла доходит до температуры его плавления. Приведены экспериментальные данные по лазерной обработке конструкционной легированной стали 40ХН2МА, на основании которых построены графики и получены эмпирические зависимости относительной глубины зоны закалки от относительной мощности лазерного излучения и относительной скорости перемещения лазерного луча. Показано, что полученные формулы и приведенные графики можно применять и для других марок сталей, так как в них использованы относительные (безразмерные, обобщенные) значения мощности лазерного излучения и скорости перемещения лазерного луча.

Аннотация: При обработке металлов давлением с целью снижения коэффициента трения широко применяют смазки. Они образуют промежуточный слой между деформируемым телом и инструментом, полностью или частично изолирующий их друг от друга. Вследствие высоких удельных давлений смазка не всегда полностью изолирует трущиеся поверхности, позволяя контактировать поверхностям инструмента и заготовки, что приводит к ускоренному износу и повышенному тепловыделению. Это может вызвать повреждения инструмента и заготовки, снизить точность обработки и сократить срок службы оборудования. Приведен способ определения влияния смазки на условия трения для процессов непрерывной горячей раскатки бесшовных труб в многоклетьевых прокатных станах. Представлен вариант реализации установки на базе лабораторного стана ДУО-210, позволившей методом физического моделирования исследовать трения в условиях, максимально приближенных к реальному производственному процессу. Приведены результаты испытаний процесса раскатки гильз на подвижной оправке в двухвалковом стане с использованием различных технологических смазок, а также результаты опыта без использования смазочных материалов. Проведение исследования с использованием технологических смазок на основе графита показало разницу в усилиях удержания оправки во время раскатки гильзы в зависимости от применяемого состава. При этом применение смазки значительно снизило усилие удержания оправки и длительность раскатки.

Аннотация: Абразивную водоструйную технологию (AWJ) широко применяют в обрабатывающей промышленности для резки материалов, в случаях, когда другие методы неприменимы. Известно, что внедрение абразива происходит как на поверхность реза, так и на поверхность, перпендикулярную грани реза, куда (из-за расхождения струи) струя попала, но не прорезалась. Такое засыпание песка является известным недостатком процесса. В связи с этим проведены исследования и выполнена оценка качества резки и заделки абразива после гидроабразивной резки пластин из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т и сплавов титана ВТ-20, ВТ-6. Изучены резы с целью установить наличие или отсутствие внедренного под поверхность абразива, а также верхняя поверхность пластины вблизи разреза, куда могли попасть частицы за пределами основного ядра струи. Уровни внедрения, волнистость и шероховатость поверхности, а также механизмы взаимодействия абразива с поверхностью оценили с помощью комбинации сканирующей электронной микроскопии (SEM), энергодисперсионного рентгеновского анализа (EDX) и профилометрии. Обнаружено, что, несмотря на различия в характеристиках абразива, существенных различий в качестве резки или внедрения абразива в металл не наблюдали. Показано, что при ударе на отдельные частицы действуют силы, на порядки превышающие их раздавливающую нагрузку. Отмечено, что большинство абразивных частиц разрушаются при гидроабразивной струйной обработке, любые различия в исходной морфологии абразивных частиц не будут доминировать над поведением, так как именно морфология фрагментов этих разрушенных частиц контролирует внедрение в поверхность металла и качество резки.

Аннотация: Для сохранности стержня во время сборки песчано-масляная формовочная смесь должна обладать определенной сырой прочностью. Стабильные прочностные характеристики формовочных смесей на льняном и подсолнечном маслах возможно достичь путем продувки оснастки нагретым атмосферным воздухом. Для ускорения сушки используют нагрев до температур, не превышающих 200 oC. При более высокой температуре резко падают связующие свойства масляной пленки, которая начинает разлагаться. Кроме удаления влаги при сушке, происходят процессы окисления и полимеризации. Толщина масляного слоя вокруг песчинок весьма мала, поэтому окисление масла происходит быстро. Интенсификация окислительного процесса возможна также за счет проходящего через песчано-масляную смесь горячего воздуха. При этом реакционная активность образующихся аллильных свободных радикалов (–CH = CH–CH2–) возрастает. Реагируя с компонентами смеси, свободный аллильный радикал при встрече с другой двойной связью образует новый свободный радикал с разветвленной структурой большего размера, который, в свою очередь, может продолжить стадию роста цепи в реакции окислительной полимеризации. Взаимодействие компонентов масла с кислородом воздуха должно происходить по всему объему смеси равномерно. Для более интенсивного протекания процесса отверждения по всему объему стержневой смеси необходимо добиться оптимального режима отверждения, принимая во внимание некоторые особенности: невысокую температуру протекания процесса, доступ воздуха ко всему стержню и быстрый вывод его и продуктов реакции из смеси при минимальном объеме поступающего газа.

Аннотация: В последние годы основные направления развития металлургии всецело определяются требованиями снижения эмиссии CO2. В качестве одного из путей решения данного вопроса при выплавке чугуна рассматривают замену углерода на водород, не учитывая при этом, что получение водорода также связано с выбросами углекислого газа. Степень использования CO при косвенном восстановлении в высокотемпературной зоне доменной печи составляет 28–38 %, в отличие от прямого восстановления. Применение рудоугольных брикетов в доменной печи является перспективным направлением увеличения степени использования восстановительной способности углерода. Рассмотрена эффективность использования рудоугольных брикетов при производстве ванадиевого чугуна с целью снижения эмиссии углекислого газа. Показано, что затраты углерода на прямое восстановление титаномагнетитового концентрата в 6 раз меньше, чем при косвенном. Применение рудоугольных брикетов в шихте доменных печей позволит снизить удельный расход углерода топлива при производстве ванадиевого чугуна, а также снизить эмиссию CO2.

Аннотация: Развитие танковой промышленности Урала и СССР в годы Великой Отечественной войны стало возможно в результате самоотверженного труда советских рабочих и инженеров. Значительный вклад в победу внесли отечественные инженеры-металлурги, сумевшие в критических условиях быстро организовать выпуск танковой брони, башен и бронекорпусов. Статья посвящена известному советскому металлургу В. С. Ниценко, который внес весомый вклад в разработку брони для танка Т-34 в довоенный период, работал главным металлургом завода № 183 после эвакуации в Нижний Тагил, а с октября 1943 г. был переведен на завод № 200 в Челябинске. Публикация рассматривает основные достижения В. С. Ниценко в организации производства катаной и литой танковой брони высокой твердости.

Аннотация: Выплавка чугуна из ванадийсодержащих титаномагнетитов имеет некоторые сложности по сравнению с производством передельного чугуна, которые связаны с наличием ванадия и титана в шихте. Эффективным способом для повышения перевода ванадия в чугун и предотвращения образования тугоплавких соединений титана является увеличение интенсивности доменной плавки. Повышение качества кокса является одним из путей роста интенсивности плавки. Рассмотрено влияние качества кокса на эффективность работы доменных печей, выплавляющих чугун из ванадийсодержащих титаномагнетитов, а именно: условия восстановления ванадия и титана и десульфурацию чугуна.