Статьи

Изучено влияние режимов отжига холоднокатаной ленты из сплавов 1580 и 1590 на формирование в них зеренной структуры и механических свойств. Сплав 1590 отличается от 1580 наличием гафниевых, эрбиевых добавок. Образцы из этих сплавов получали литьём в стальной кокиль, после чего проводили их гомогенизацию при температуре 440°С в течение 4 часов. Затем образцы отправлялись на горячую прокатку при температуре 440°С, следом проводилась холодная прокатка до 2 мм, суммарный процент обжатия при которой был равен 66%. Холоднокатаную ленту отжигали в температурных интервалах от 330 до 440°С с выдержкой в 1 час. В гомогенизированном состоянии с помощью просвечивающей микроскопии исследовались размеры и морфология упрочняющих наночастиц Al3Sc. В холоднокатаном и отожженном состоянии определялись механические свойства и зеренная структура. В ходе гомогенизирующего отжига в сплаве 1590 образуются более мелкодисперсные упрочняющие наночастицы, чем в сплаве 1580. Такие особенности микроструктуры можно объяснить наличием эрбия, способствующего формированию дополнительных зародышей наночастиц типа Al3Sc, и гафния, препятствующего их дальнейшему росту. В обоих сплавах после холодной прокатки и заключительных отжигов выявлена нерекристаллизованная структура. Механические свойства лучше у сплава 1590 вне зависимости от температуры отжига, что объясняется большим количеством и меньшими размерами упрочняющих наночастиц.

При разработке технических требований к сплавам важно применять комплексный подход. Сочетая аналитическое и имитационное моделирование, можно уменьшить технологические риски на этапе создания или изменения требований. Реализация данного подхода напрямую зависит от степени учета всех факторов, включенных в модели, а также от их влияния на изменчивость характеристик. Однако известные модели не дают удовлетворительной сходимости с реальными промышленными сплавами. На примере сложнолегированной латуни ЛМцАЖКС (CuZn13Mn8Al5Si2Fe1Pb) предложен подход, позволяющий описать изменчивость структурного состояния многокомпонентных латуней. Анализ статистических данных химического состава и микроструктуры промышленных партий позволил установить, что матричный раствор сплава представляет собой (a+β)-латунь и соответствует соотношению фаз при 700 °C на политермическом псевдобинарном разрезе диаграммы Cu–Zn–Mn5Si3. Методами рентгеноспектрального анализа исследовано распределение легирующих элементов в основных фазах. Подтверждена полная связанность железа в силицидах и равномерное распределение марганца в горячепрессованном состоянии. Предложен расчет доли кремния, входящего в твердый раствор. Измеренная плотность сплава составляет 7650 кг/м3, расчетная плотность матричного раствора – 8100 кг/м3. На основании уточненных параметров универсальной модели методом Монте-Карло оценили изменчивость микроструктуры в зависимости от требований к химическому составу. Причиной нестабильноости технологических свойств является значительная изменчивость соотношения a- и β-фаз. Содержание a-фазы в сплаве изменяется от 37,5 до 66,5 %, β-фазы – от 17,5 до 55,2 %. Имитационная модель, разработанная в рамках исследования, предоставляет возможность не только анализировать существующие сплавы, но и предсказывать поведение новых сплавов, что является критически важным для оптимизации технологических процессов и улучшения эксплуатационных свойств материалов.

Представлен новый способ равноканального углового прессования (РКУП) с использованием мощных ультразвуковых колебаний (УЗК). Разработано оригинальное устройство ультразвукового РКУП, в котором волновод с матрицей выполнены как единое целое, а элементы крепления волновода расположены в узловой плоскости механических смещений стоячей волны, возбуждение которой происходит непосредственно в матрице и заготовке в процессе прессования. Впервые предложено передавать УЗК в зону пересечения каналов матрицы, через которые перемещается заготовка, не через пуансон, а посредством возбуждения колебаний в самой матрице, т. е. матрица одновременно является волноводом продольных УЗК. Это позволило многократно повысить эффективность ультразвукового воздействия за счет снижения сил трения между поверхностью заготовки и поверхностью каналов матрицы, а также за счет снижения деформационных усилий в зоне пересечения каналов матрицы, где происходит простой сдвиг деформируемого металла. В результате по сравнению с известными способами ультразвукового РКУП, в которых снижение усилия прессования составляет менее 15 %, возбуждение УЗК непосредственно в волноводе – матрице позволило снизить усилие прессования в 1,5–4 раза. При этом существенно меняется и структура прессуемых материалов: уменьшается размер зерен и их кристаллографические ориентировки, увеличивается микротвердость. Изменения фазового состава для всех образцов, полученных РКУП с УЗК и по обычной технологии, не наблюдается.

Сплавы на основе магния являются современным материалом для изготовления биорезорбируемых (саморастворяющихся) хирургических имплантатов. Магний – металл с наиболее отрицательным из всех конструкционных материалов электродным потенциалом −2,37 В. Это означает, что близкое расположение имплантатов из магниевых и, например, титановых сплавов будет приводить к возникновению гальванического эффекта и ускоренной электрохимической коррозии магния. Однако неизвестно, как влияет соотношение площадей изделий из титана и магния на проявление этого эффекта. Данная работа посвящена этому вопросу. В приведенном исследовании цилиндрические образцы биорезорбируемых магниевых сплавов ZX10 и WZ31 располагались в физиологическом растворе Рингера на расстоянии 3 см от образца из сплава медицинского назначения Ti6Al4V такой же формы и размера. Во время испытания поддерживалась температура коррозионной среды 37 °С. Серия экспериментов включала в себя коррозионные испытания длительностью трое суток с участием одного, двух или четырех магниевых образцов, таким образом, соотношение площадей титанового и магниевого сплава составляло 1:1, 1:2 и 1:4. Выявлено, что для обоих магниевых сплавов при увеличении соотношения площадей эффект от электрохимического воздействия значительно снижается, что выражено в уменьшении скорости коррозии. В то же время влияние присутствия Ti6Al4V на скорость коррозии для сплава WZ31 существенно слабее, чем для ZX10, что объясняется наличием в сплаве LPSO-фазы, а также более легированной и, соответственно, имеющей более положительный электродный потенциал матрицей.

Термодинамическим моделированием в программном комплексе HSC Chemistry оценили минимальную потребность в углероде на проведение процесса восстановительного обжига шламов ККЦ при температуре 1000°С. Для восстановления всего цинка в газовую фазу требуется не менее 10% (мас.) углерода (11,6% (мас.) коксовой пыли). Восстановление всего цинка из цинкита при температуре 1000°С заканчивается только после завершения восстановления всего железа из его оксидов. Физическим моделированием целесообразно оценить продолжительность восстановительного обжига шламов ККЦ при избытке углерода для получения продукта обесцинкования, удовлетворяющего требованиям современного агломерационного и доменного производства.

Исследовали раздувочные периоды работы доменной печи объемом 1370 м3, оснащённой конусным загрузочным устройством, после ремонта 3 разряда длительностью 92-98 часов, отличающиеся использованием в составе шихты фракционированного шлака. В периодах задувок и раздувок оценивали состояния горна показателями: количество шлака, остающегося в горне после выпуска; содержание углерода в чугуне. Эффективному проведению раздувки с позиции расхода кокса содействовали: повышенное качество кокса по показателям М10 и М25; лучшее состояние горна печи по показателям дренажной способности. Такие действия обеспечили уменьшение удельного расхода кокса на 12,4% при выводе доменной печи на рабочие параметры после ремонта 3 разряда. Эффективному проведению раздувки с позиции удельного расхода кокса содействовало применение фракционированного шлака. Для ускоренного доведения показателей процессов до номинальных уровней целесообразно выявить рациональные его расходы.

В работе исследовано изменение морфологии и износостойкости металлорежущих пластин из твердого сплава ВК8 при воздействии мощного ионного пучка (МИП) наносекундной длительности: состав - 30 %H+ + 70 % C+, плотность тока пучка j = 150 А/см2, средняя энергия частиц E = 200 кэВ. В экспериментах варьировалось число импульсов облучения (n) = 1, 3, 10. Установлено, что данные режимы облучения приводят к оплавлению поверхности твердого сплава, возникновению кратеров и микротрещин в поверхностном слое. Определены режимы облучения, позволяющие повысить ресурс работы режущих пластин на 40 % в сравнении с исходными при обработке жаропрочного хромоникелевого сплава ХН62БМКТЮ.

Проведены лабораторные исследования для повышения качества купороса за счет снижения остаточной кислотности после его кристаллизации и фильтрования; выполнен подбор промывной жидкости и условий проведения процесса. Установлено, что использование насыщенного раствора купороса при промывке позволяет снизить убыль массы гото-вого продукта за счет растворимости и обеспечить требуемое остаточное содержание кислоты (до 1,5%). Определено соотношение промывного раствора сульфата меди к массе медного купороса Т:Ж = 1:1, температура процесса +10 °C; при этом достигнуто максимальное извлечение серной кислоты в раствор ~84%.

Рассматриваются исторические аспекты использования концепции энергопроизводственных циклов (ЭПЦ) на примере пирометаллургического цикла черных металлов, отмечены ее недостатки, сокращающие возможности применения на современном этапе, указано на необходимость модернизации идеи на основе использования инновационных подходов. Приведено мнение профессора А.Т. Хрущева, одного из классиков концепции ЭПЦ, который отмечал, что пирометаллургический цикл черных металлов является одним из самых консервативных и наименее учитывает трансформации в отрасли. На основе изучения данных отраслевых журналов, публикаций трудов ученых, специалистов в области региональной экономики, контент-анализа сайтов крупнейших металлургических холдингов России авторами предложена обновленная схема цикла в соответствии с современными направлениями НТР, концепциями бережливого производства, гибкой специализации. В новой схеме представлены три ведущих звена: наряду с классическими превращениями в триаде «чугун – сталь – прокат» в ней подробнее описывается отдельное звено, раскрывающее перспективность электрометаллургических технологий, которые в последние десятилетия стали широко применяться по всему миру с целью сокращения затрат на исходное сырье. Третье звено объединяет технологии, связанные с порошковой металлургией. Особое внимание уделено
эколого-утилизационным направлениям, реализуемым на предприятиях черной металлургии, которые способны связать данный вид промышленной деятельности с иными обрабатывающими отраслями, жилищно-коммунальным хозяйством, тепло- и электроэнергетикой и др. Рассмотрены также направления реализации цикла в пределах Дальнего Востока России. В заключении делается вывод, что концепция ЭПЦ может стать важным инструментом в процессе оптимизации территориально-отраслевой структуры предприятий черной металлургии России на современном этапе, что уже происходит в тех регионах страны, которые ранее не обладали подобной специализацией, но имеют высокий потребительский и научно-исследовательский потенциал, а также развитые связи между металлургией и машиностроением.

Введение. На основе опубликованных и архивных данных рассматриваются история борьбы в СССР с колокольным звоном и изъятие колоколов в конце 1920-х - 1930-е гг. В фокусе внимания - ситуация в конкретном регионе (Чувашская АССР) как проекция общесоюзных событий.

Материалы и методы. Основной источниковой базой исследования послужили документы государственных архивов Российской Федерации, а также материалы периодической печати 1930-х гг. Работа основывается на применении комплексного методического подхода: использованы общенаучные и специальные научные (историко-системный, историко-сравнительный и др.) методы.

Результаты исследования. В советский период отечественной истории антирелигиозная борьба была одним из ключевых факторов идеологического воспитания. При этом активно использовались экономические методы подавления конкурента. Одним из важных способов ограничения возможностей религиозных организаций был запрет колокольного звона и изъятие колоколов под благовидным предлогом обеспечения индустриализации и удовлетворения сельского хозяйства специализированной техникой. Анализ развития ситуации в Чувашской АССР позволяет охарактеризовать практическую реализацию теоретических установок и соотнести желаемое с действительным.

Обсуждение и заключение. Чувашская АССР следовала в общегосударственном русле осуществления антирелигиозной политики. Здесь активно проводились действия по ограничению церковного звона (причем нередко с нарушением действующего законодательства) и изъятию колоколов. Несмотря на прилагавшиеся усилия, результаты не оправдали ожиданий ни инициаторов, ни сельхозпроизводителей.

С использованием моделирования процесса продувки расплава в сталеразливочном ковше, проведенного применительно к условиям электросталеплавильного цеха АО «ЕВРАЗ ЗСМК», определены закономерности влияния интенсивности продувки на параметры, характеризующие интенсивность перемешивания металла: мощность перемешивания и эффективный коэффициент диффузии. Показано, что повышение интенсивности продувки инертным газом в широких пределах варьирования данного показателя увеличивает мощность перемешивания вне зависимости от режима истечения газовых струй и направления переноса. При этом влияние удельного расхода вдуваемого в расплав инертного газа на интенсивность перемешивания более выражено для струйного режима продувки по сравнению с пузырьковым, что позволяет определить характеристики процесса гомогенизации расплава при расчете эффективного коэффициента диффузии. На основании статистических исследований определено, что в условиях рассматриваемого цеха увеличение длительности периодов продувки рельсовой стали с интенсивностью более 1,1 м3/мин оказывает значимое влияние на уменьшение отбраковки рельсов из-за наличия неметаллических включений. Полученные результаты теоретических и аналитических исследований явились базой для разработки усовершенствованного режима продувки рельсовой стали инертным газом в процессе обработки на агрегате ковш-печь. Отличительной особенностью усовершенствованного режима является наличие во второй половине продувки периода с повышенной до 1,2 - 1,6 м3/мин интенсивностью подачи инертного газа с продолжительностью не менее 10 мин. Опытно-промышленное опробование разработанного режима продувки инертным газом подтвердило его эффективность с точки зрения рафинирования рельсовой стали от неметаллических включений. В серии из 110 опытных плавок зафиксировано снижение отбраковки рельсов из-за наличия неметаллических включений на 0,6 %.

Методами современного физического материаловедения проведен сравнительный анализ структуры, фазового состава и механических свойств (микротвердости) быстрорежущей стали марки Р18 после магнитно-импульсной и электронно-пучковой обработок. Магнитно-импульсная обработка образцов стали в отожженном состоянии проводилась на установке МИУ 10/30 при значении энергии магнитного поля индуктора 40 кДж, количество импульсов 6, длительность импульса 200 мкс, частота следования 20 кГц. Электронно-пучковой обработке подвергали образцы, полученные плазменно-дуговой наплавкой и подвергнутые четырехкратному высокотемпературному отпуску. Режим электронно-пучковой обработки: плотность энергии пучка электронов 30 Дж/см2, длительность импульса пучка электронов 50 мкс, количество импульсов облучения 5 имп., частота следования импульсов 0,3 с-1. При воздействии импульсного магнитного поля в поверхностном слое стали толщиной примерно 100 мкм наблюдалось измельчение карбидов с 13,2 до 2,9 мкм и формирование мелкоигольчатого мартенсита размерами от 200 до 1 нм, объемная доля которого составляет 0,54. Это обуславливает высокие значения микротвердости: до 5,7 ГПа. Электронно-пучковая обработка отпущенных образцов также приводит к дроблению карбидов в поверхностном слое 50 мкм до размеров 10 - 45 нм и формированию ячеистой субмикроструктуры размерами 100 - 250 нм. Установлено, что основными механизмами упрочнения являются упрочнение мартенситной структурой в случае магнитно-импульсной обработки и ячеистой субструктурой при обработке электронным пучком. Полученные результаты могут быть использованы для разработки комбинированных видов обработки, которые сочетают импульсное магнитное поле и электронных пучок.