Аннотация: Современное промышленное производство требует обеспечения материалами с усовершенствованным комплексом характеристик, которые играют ключевую роль при производстве современных устройств, машин и механизмов, обладающих повышенными производительностью, надежностью и долговечностью. Одними из перспективных материалов для машиностроения являются интерметаллидные сплавы системы Fe-Al, которые сочетают в себе невысокую стоимость с рядом важных физико-механических и эксплуатационных свойств. Алюминиды железа и сплавы на их основе нашли применение и достаточно активно используются в качестве покрытий различного назначения, определяющих повышение ресурса и надежности изделий, сокращение их массы, снижение потребления дорогостоящих исходных компонентов и т.д. При этом ряд нерешенных задач, связанных с улучшением комплексных свойств, в частности повышением показателей пластичности при сохранении значений прочности и твердости, снижением пористости, а также наличие проблем, связанных со способами получения данных материалов, характеризующихся технологической сложностью, многостадийностью, продолжительностью во времени, не позволяет более широкому распространению данных сплавов в широкой промышленной практике, включая возможность использования в качестве самостоятельных конструкционных материалов.В данном исследовании возможность решения очерченного круга проблем показана путем приложения действия центробежных сил к сплавам в процессе их кристаллизации, полученных с использованием алюмотермии и дополнительного легирования вольфрамом, способствуя достижению следующих результатов: повышена плотность исследуемых сплавов с 5788 до 7271 кг/м3 и снижена пористость с 18,85 до 0,27%; снижена микротвердость с диапазона 317-362 HV до 306-323 HV ; увеличена прочность на сжатие с 1350 до 1598 МПа, при изменении деформации с 26,76 до 35,27%; наблюдается незначительное снижение размеров зерна с 105-680 мкм до интервала 102-400 мкм; максимальный привес массы при испытании на жаростойкость не превышает 0,39% (0,71 мг/см2)...

Аннотация: Проведено сравнение различных методов определения обьемной доли неметаллических включений в металле. Объемную долю неметаллических включений анализировали на различных образцах металла с помощью трех методов. С использованием количественной оптической микроскопии по стандарту ASTM Е1245-03, методом высокотемпературной экстракции в несущем газе (фракционный газовый анализ ФГА) на содержание в металле кислорода, азота и серы с последуюшим пересчетом на объемные доли неметалических включений и методом оптико-эмиссионного дискриминационного спектрального анализа с искровым возбуждением (PDA) с помошью оригинального программного обеспечения пересчитывающего интенсивности излучения спектральных длин волн различных элементов на площади неметаллических включений.В данной работе предложен автоматизированный метод определения оксидного состава металлов на основе данных ФГА. Метод основан на математической модели, описывающей процесс экстракции окиси углерода (CO) при карботермическом восстановлении и диссоциации оксидных неметаллических включений при неизотермическом нагреве образца...

Аннотация: В статье рассмотрено влияние особенностей отдельных технологических этапов изготовления сварных прямошовных труб большого диаметра, таких как формовка, сборка и сварка, на точность и стабильность геометрических параметров сварных швов. Даны технологические рекомендации по минимизации отклонений этих параметров от значений, нормируемых в технических требованиях потребителей.

Аннотация: В работе рассмотрены методика и технология получения новых антифрикционных сплавов искровым плазменным спеканием порошковых материалов, полученных электроэрозионным диспергированием отходов свинцово-оловянной бронзы БрО5С25 в углеродсодержащей среде (спирте изопропиловом). Экспериментально установлено, что технология искрового плазменного спекания в условиях быстрого нагрева и малой продолжительности рабочего цикла вследствие подавления роста зерна и получения равновесного состояния с субмикронным зерном позволяет получить заготовки сплавов с более высокими физико-механическими свойствами, беспористой структурой по сравнению с промышленно применяемыми аналогами. Свободный углерод, образующийся в результате диспергирования отходов в углеродсодержащей среде и выступающий в роли твердого смазочного материала, снижает коэффициент трения заготовок сплавов.

Аннотация: Рассмотрены вопросы рационализации конструкций для защиты оборудования промежуточного ковша: технологии процесса разливки жидкой стали и конструкций для защиты борта промежуточного ковша от потока жидкого металла на пути из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш. Проведено математическое моделирование движения стали. Анализ результатов моделирования показал необходимость модернизации конструкций приемной камеры промежуточного ковша. Созданные конструкции позволяют рационально размещать потоки стали в приемной камере промежуточного ковша и исключать интенсивный размыв торкрет-массы борта и появление неметаллических включений в жидком металле, поступающем далее в кристаллизатор.

Аннотация: В гидрометаллургическом цикле основного действующего цинкового производства АО «Челябинский цинковый завод» постоянно циркулирует от 19 000 до 22 000 м3 раствора, содержащего основной компонент - сульфат цинка и ряд примесей, содержание которых, в той или иной степени, сказывается на эффективности и технико-экономических показателях производства. Источником примесей являются перерабатываемые цинксодержащие материалы и используемые в цинковом производстве реагенты. Вывод примесей из циркуляционного раствора осуществляется как в процессе его подготовки к основному процессу - электроэкстракции, так и при выполнении некоторых технологических операций, подготовки сырья и переработки промпродуктов. Ряд примесей, таких как соли щелочных и щелочноземельных металлов, относятся к категории накапливающихся в циркуляционном растворе, в связи с тем, что действующий производственный процесс АО «ЧЦЗ» не имеет возможности их селективного вывода. Одно из основных направлений научно-исследовательской деятельности АО «ЧЦЗ» - разработка принципиально новой технологии вывода накапливающихся трудновыводимых примесей, с минимальными потерями цинка и получением остаточных продуктов, которые нашли бы широкое промышленное применение.

Аннотация: Понимание закономерностей формирования пор позволяет управлять структурой и металлургическими свойствами железорудного сырья. В ходе исследования были поставлены следующие цели: проверить гипотезу о применимости математического аппарата фракталов для анализа поровой структуры железорудных окатышей на разных стадиях производства (сухой, окисленный после термообработки и восстановленный окатыши); провести количественную оценку удельной поверхности пор. Окатыши были подвергнуты сканированию с использованием растровой электронной микроскопии с получением фотографий структуры при различном увеличении. Определение фрактальной размерности выполняется методом сеток. Вне зависимости от способа обработки изображения и степени увеличения фрактальная размерность находится в узком интервале значений (1,85-1,95) - наблюдается самоподобие, т. е. инвариантность к масштабным преобразованиям. При этом по мере увеличения размера изображений фрактальная размерность имеет тенденцию к повышению, что дополнительно подтверждает фрактальную природу пор окатышей. Это подтверждает применимость математического аппарата фракталов для исследования изображений окатышей. Удельная поверхность пор с эквивалентным диаметром 10-100 мкм, вычисленная с использованием фракталов, пропорциональна величине 10-100 м2/м3.

Аннотация: В работе дана оценка влияния кольцевых швов (выточек) на внутренней и внешней поверхностях керамической и металлической литейных форм на снижение в них уровня напряженно-деформированного состояния при кристаллизации и охлаждении стальной отливки.Представлены некоторые результаты численного моделирования параметров стойкости литейных форм к трещинообразованию, а именно величины нормальных напряжений на внутренних (облицовочных) и внешних (наружных) поверхностях на этапе охлаждения затвердевающей отливки.Наличие кольцевых выточек на внутренней поверхности сферической металлической формы приводит к значительному снижению уровня возникающих температурных напряжений σ22 на этапе охлаждения затвердевающей отливки, который значительно ниже предельно допустимого уровня напряжений.Для керамической оболочковой формы, имеющей как цилиндрические, так и сферические участки отмечается, что на этапе охлаждения отливки напряжения σ22 в облицовочном слое весьма значимы (по модулю) и отрицательны (сжатие), а в наружном слое при контакте с опорным наполнителем положительны (растяжение).

Аннотация: Значительные технико-экономические и экологические преимущества непосредственного совмещения литья с прокаткой обусловливают целесообразность создания и широкого внедрения совмещенных литейно-прокатных агрегатов для производства стального проката, как сортового так и полосового. Непосредственное совмещение литья с прокаткой позволяет существенно снизить энергозатраты благодаря использованию тепла отливаемой заготовки, значительно упростить оборудование, сократив его массу и потребную площадь, обеспечить возможность полной автоматизации технологических процессов, а также кардинально уменьшить объем выделяемых вредных веществ.

Аннотация: В работе представлены результаты исследования технологии жидкофазного восстановления железа, направленной на повышение энергоэффективности и экологичности металлургического производства. Цель исследования заключается в определении оптимального состава железорудных материалов и параметров процесса восстановления для минимизации затрат энергоресурсов и выбросов вредных веществ. Методология исследования включает экспериментальные испытания в печи Таммана, термодинамические расчеты в программном комплексе ИВТАНТЕРМО и математическое моделирование процесса восстановления. Основные результаты показали, что оптимальная концентрация железа в сырье составляет 53%, при этом степень восстановления достигает 99%. Установлено, что удельные выбросы CO₂ при жидкофазном восстановлении составляют 0,95 т/т продукции, что в 1,6 раза ниже показателей аглококсодоменной технологии и в 1,3 раза меньше, чем при использовании MIDREX. Научная новизна исследования состоит в определении оптимальных параметров процесса восстановления и доказательстве существенного снижения углеродного следа при использовании разработанной технологии. Практическая ценность работы определяется возможностью промышленного внедрения технологии для производства высококачественных железосодержащих материалов с минимальными затратами ресурсов и выбросов в атмосферу.

Аннотация: Исследованы микроструктура и механические свойства сварных 34 мм соединений хладостойкой микролегированной толстолистовой стали EN 10028-3:2019 P460NL1, предназначенной для использования в сосудах высокого давления, в том числе для мобильных CO₂ накопителей-хранилищ. Сварные соединения выполнены методом автоматической дуговой сварки под флюсом (процесс SAW 121-2) с V-образной разделкой кромок при погонной энергии 1,5±0,1 кДж/мм. Исследованы закономерности микроструктурных изменений в зоне термического влияния (ЗТВ) и металле шва, микротвердость и определена работа удара при отрицательных температурах. Изучена свариваемость стали при регулируемой теплоподачей (CTS) и выполнен тест с валиковой пробой (BoP). Дополнительно проведены испытания на старение основного металла с целью оценки его влияния на ударную вязкость, а также высокотемпературные испытания на разрыв в диапазоне температур 50-450 °C для оценки уровня прочностных характеристик основного металла при эксплуатации материала в широком температурном интервале.

Аннотация: Проведено исследование коррозионной стойкости в морской среде семи видов низкоуглеродистых сталей, аналогичных по составу судостроительным, с использованием трех различных методов, включая моделирование морских условий. Установлено, что при легировании хромом, никелем и медью в концентрациях, близких к 1, 2 и 0,4 масс. %, соответственно, коррозионная стойкость повышается, несмотря на загрязненность неметаллическими включениями, ускоряющими коррозионный процесс. При снижении концентрации легирующих компонентов наличие неметаллических включений разного типа приводит к ухудшению коррозионной стойкости. Также негативный эффект может оказывать микролегирование карбидообразующими элементами вследствие образования наноразмерных фазовых выделений.

Аннотация: Электромагнитное перемешивание (ЭМП) является наиболее распространенным методом воздействия на затвердевающую непрерывнолитую заготовку (НЛЗ), что способствует ускорению процессов затвердевания, интенсификации массо- теплообмена в условиях формирования нестационарных тепловых полей, отсутствию проявления зональной ликвации за счёт смещения примесей ликватов и неметаллических включений в осевую область НЛЗ. При этом проблемам микроликвации элементов в заготовке не всегда уделяется достаточного внимания, так как именно развитие микроликвационных процессов приводит к появлению в готовых изделиях структурной полосчатости, что приводит к ухудшению механических и эксплуатационных свойств готовых изделий. В работе было проведено сравнение особенностей строения литого металла НЛЗ из стали 26ХГМФА, полученных с ЭМП и без него, на основании сравнения данных о параметрах литой структуры, особенностей распределения неметаллических включений, микроликвации элементов, выявлена степень воздействия ЭМП в зоне первичного охлаждения на процесс затвердевания НЛЗ и развития в ней структурной и микроликвационной неоднородностей.

Аннотация: Проведено исследование распределения микротвердости по сечению холоднодеформированной арматуры, изготовленной волочением в роликовых волоках с последующим нанесением профиля на поверхность проволоки. Исследовано распределение микротвердости по сечению гладкой проволоки, изготовленной волочением в монолитной волоке с последующим рихтованием. Показано, что на заготовке катанки микротвердость в поверхностных слоях проволоки выше, чем в центре. На проволоке, изготовленной волочением в роликовых волоках до деформации в профилирующей головке, и на проволоке, изготовленной в монолитных волоках до рихтования, микротвердость в поверхностных слоях проволоки выше, чем в центре. После нанесения профиля на поверхность проволоки распределение микротвердости по сечению проволоки меняется на противоположное, т.е. микротвердость в центре проволоки становится выше, чем вблизи поверхности. Аналогичный эффект наблюдается при рихтовании проволоки, изготовленной протяжкой в монолитной волоке, т.е. под действием деформации изгиба. После рихтования микротвердость в центре проволоки становится выше, чем у поверхности. Прочность проволоки после рихтования снижается. Исследованный эффект вызван действием знакопеременной деформации и проявлением эффекта Баушингера в поверхностных слоях при профилировании и рихтовании проволоки. Показано, что с увеличением степени деформации средняя величина микротвердости по сечению проволоки растет. При одинаковой степени деформации средняя микротвердость по сечению проволоки при обработке в роликовых волоках выше, чем при протяжке в монолитных волоках.

Аннотация: Исследование направлено на инактивацию вредных примесей (P, As, Sb, Cu, Sn) в низкоуглеродистой стали 17Г1С путем модифицирования редкоземельными металлами с последующим вакуумным рафинированием. В лабораторных условиях сталь раскисляли алюминием, вводили 0,3% церия (сплав МЦ50Ж6 : Церий - 40-45%; Лантан - 18-25%; Железо - 15%; Неодим - 10-12%; Празеодим - 5-7%) и продували аргоном. Анализ включений проводили методами оптической/электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа. Промышленные испытания включали вакуумную обработку слитков массой 28,5 т (марки 34ХН1М, 9Х2МФ) с добавкой 3-4 кг/т РЗМ. При содержании Ce 0,2-0,3% примеси связывались в многофазные включения (3-10 мкм) состава, масс. %: РЗМ 70; P 11; S 2; As 1,5. Продувка аргоном снижала размер включений. Вакуумная обработка с дозировкой РЗМ 3,9-4 кг/т уменьшала содержание серы на 46-73% (до 0,005-0,008%), независимо от исходного содержания. В опытных слитках наблюдались равномерно распределенные мелкие включения, концентрирующие до 95% примесей. Комбинированное применение РЗМ и вакуумного рафинирования эффективно инактивирует вредные примеси, улучшая структурную однородность стали. Метод применим для ответственных сплавов с требованиями высокой чистоты по сере и неметаллическим включениям.

Аннотация: Исследовано влияние технологических условий свободной осадки на структуру и механические свойства диффузионнолегированной порошковой стали СП50Н4Д2М производства ПАО «Северсталь». Авторы рассматривают процесс горячей штамповки цилиндрических заготовок, анализируя ключевые факторы, такие как отношение высоты к диаметру образца ( h ₀/ d ₀), начальная пористость и температура нагрева. Экспериментальная часть работы включает приготовление шихты с добавлением ультрадисперсного оксида никеля (NiO) и графита, холодное прессование, спекание в защитной среде и последующую горячую осадку на копре. Показано, что деформация происходит неравномерно, с образованием трех характерных зон: зоны затрудненной деформации, зоны максимальной деформации и зоны действия растягивающих напряжений. Это приводит к бочкообразности и возможному образованию трещин на поверхности образцов. Установлено, что уменьшение отношения h ₀/ d ₀ снижает пластическую деформацию из-за усиления влияния контактного трения и зон затрудненной деформации. Снижение начальной пористости (с 30 до 10%) увеличивает прочность материала, но сохраняет риск микротрещин из-за неравномерного уплотнения. Для улучшения качества деформированных заготовок предложено учитывать дополнительные растягивающие напряжения и оптимизировать параметры осадки.

Аннотация: Покрытия системы АМг6-C60-AlN были нанесены методом холодного газодинамического напыления агломерированных порошковых смесей, содержащих 25, 35 и 50 масс. % частиц AlN. Исследовано влияние концентрации керамических частиц в порошковой смеси на эффективность роста, формирование структурно-фазового состава и микротвердость покрытия. Затем проведены испытания на сухое трение скольжения. Получены оценки влияния содержания AlN на коэффициент трения и скорость износа. Наилучшие трибологические свойства показало покрытие из порошковой смеси с 35 масс. % AlN. В этом случае содержание керамических частиц AlN в покрытии было 13,2 масс. %, а коэффициент трения и скорость износа соответственно составили 0,34 и 2,15·10-4 мм3·Н-1·м-1. Изучены особенности изменения морфологии поверхности трения покрытий. Показано, что на поверхности трения формировался переходный слой, который защищает поверхность от интенсивного адгезионного изнашивания, контактное взаимодействие осуществляется с образованием третьего тела. Разработанные покрытия могут быть использованы для улучшения эксплуатационных свойств рабочих поверхностей деталей машин, работающих в условиях трибонагружения.

Аннотация: Приводится анализ процессов при кипении и конденсации теплоносителя, а также выполнены расчеты коэффициентов теплоотдачи для этих процессов, которые учитывались при выполнении расчетов в программе FloEFD. Рассматривается циркуляция пароводяной смеси в первом контуре охлаждения цилиндрического кристаллизатора с испарительно-конденсационной системой охлаждения на основе решений в программе FloEFD. При принятых средних значениях коэффициентов, размерах элементов первого контура кристаллизатора и его конструктивного исполнения при средней плотности подводимого теплового потока 1 МВт/м2 выполнены расчеты массовой концентрации теплоносителя, температуры смеси, температуры стенок, скорости циркуляции смеси. Результаты расчета используются при модернизации кристаллизатора с целью устранения неравномерности охлаждения по периметру цилиндрической стальной заготовки. Наибольшие скорости пара до 2-3 м/с наблюдаются в паропроводе, а конденсата - в конденсатопроводе.