В работе исследовали процесс электроосаждения цинк-никелевых покрытий на латунную и стальную подложки из кислых и слабокислых сульфатно-хлоридных электролитов. В качестве буферной добавки применяли борную и лимонную кислоты. Молярное соотношение ионов никеля и цинка в электролите Ni(II)/Zn(II) выбрано с большим превышением по ионам никеля (> 10 раз). Химический состав электролита определяли методом комплексонометрического титрования с трилоном Б. Валовый состав и морфологические свойства покрытия определяли с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-6460LV с компьютерным контролем. Рабочую плотность тока подбирали с использованием электрохимической ячейки с угловым катодом - ячейки Хулла. Осаждение сплава проводили электрохимическим методом в гальванической ванне постоянного тока. В качестве анодов были использованы никелевые пластины. Установлено, что для электролитов с добавками борной кислоты предельное значение плотности тока составляет 0,8 А/дм2, а при использовании в электролите в качестве буферной добавки лимонной кислоты предельное значение увеличивается до 2,5 А/дм2 без ухудшения качества покрытия. Сплавы, осажденные из электролита с лимонной кислотой, имеют, согласно исследованиям на электронном микроскопе, более мелкозернистую структуру, визуально выглядят более гладкими и блестящими. Расчеты показали, что осаждение из электролита с лимонной кислотой позволяет получить более высокий выход по току по сравнению с осаждением из электролита с борной кислотой. Скорость осаждения покрытий из электролитов с лимонной кислотой значительно выше во всем диапазоне плотностей тока независимо от природы подложки. Таким образом, добавки лимонной кислоты в электролит для осаждения цинк-никелевых покрытий дают значительные преимущества по сравнению с добавками борной кислоты, традиционно используемой для этих целей.
Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
2022. — Выпуск 4
Содержание:
Приведено описание класса дуплексных нержавеющих сталей (ДНС), рассмотрено влияние азота как легирующего элемента в рассматриваемых сталях, а также особенности формирования структуры и различного вида соединений в кристаллизующемся расплаве рассматриваемых композиций химического состава. Описано влияние предельной концентрации азота в металле как лимитирующего фактора для получения бездефектных слитков. Установлена зависимость для прогнозирования предельной концентрации азота в стали марки UNS S32750, которая находится в пределах марочного содержания данного элемента. Однако отмечено, что показатель температуры, который необходимо использовать в данной зависимости, вызывает вопросы. В различных источниках исследователи предлагают различные варианты - температура отдачи азотированных ферросплавов (1580-1600 °С), температура выпуска металла из печи или разливки (1520-1580 °С) либо температура начала кристаллизации (1430-1450 °С). Однако такие различия используемого для расчета показателя температуры дают совершенно разные результаты предельной растворимости азота. Для установления показателя температуры, который необходимо использовать в выражении, проведены математические расчеты предельной концентрации азота в интервале температур 1450-1600 °С с шагом 30 °С. Для сравнительного анализа выбраны составы различных исследователей, в работах которых сообщалось как об успешных экспериментах по выплавке составов дуплексных сталей, легированных азотом, так и получении дефектных слитков (газовые пузыри). Установлено, что при использовании существующего выражения актуально использование температуры 1480 °С, в отличие от предлагаемых различными исследователями температур. Только при выполнении условия, что рассчитанный показатель растворимости азота при данной температуре выше фактической концентрации в стали, обеспечивается получение бездефектного слитка дуплексной стали.
Ключевые слова
Переработка щелочных алюмосиликатов (как альтернатива бокситовым рудам) обеспечивает отечественным глиноземом российские алюминиевые заводы до 41 %. На Ачинском глиноземном заводе производят глинозем щелочным способом спекания нефелиновой шихты. Для получения хорошо растворимых в водных и щелочных растворах алюминатов натрия и калия, а также малорастворимого двухкальциевого силиката используется шихта, состоящая из нефелина и известняка, белого шлама (от обескремнивания алюминатного раствора) и оборотной воды (из расчета получения жидкотекучей пульпы). Дозировка сырьевых компонентов осуществляется для получения определенных молярных соотношений содержания CaO к SiO2 (известкового модуля), а также молярных соотношений содержания (Na,K)2O к Al2O3 (щелочного модуля). Шихта подается во вращающуюся печь (длиной 185 м и диаметром 5 м) и спекается при нагревании до температуры 1250-1300 °С. По опыту работы предприятия отмечаются периоды со снижением извлечения Al2O3 из-за повышения содержания соединений серы и железа в спеке. Для определения оптимального химического состава спека с учетом наличия данных примесных соединений в нем были проведены исследования по спеканию нефелиновых шихт c различными модульными характеристиками: Мизв = 1,90-1,93 ед., Мщел = 1,06-1,08 ед. (первый вариант); Мизв = 1,90-1,93 ед. и Мщел Fe,S (щелочной модуль с учетом наличия в спеке примесей железа и серы) = 0,87-0,91 ед. (второй вариант). В результате проведенных исследований было установлено, что для получения оптимального химического состава спека необходимо выдерживать щелочной модуль (с учетом наличия примесей железа и серы) равным 0,89 ед., а известковый модуль - равным 1,92 ед. При данных условиях можно достичь извлечения глинозема 84 % при нормальном технологическом режиме работы печей спекания.
Ключевые слова
В статье рассмотрены особенности технологического процесса производства алюминиевых сплавов различных марок в электрических миксерах сопротивления в литейном отделении промышленного предприятия. Процесс получения алюминиевых сплавов с заданным химическим составом является сложным физико-химическим процессом, который включает последовательное смешивание алюминия-сырца, полученного методом электролиза, и его взаимодействие с различными лигатурами и флюсами. На этой стадии происходит формирование необходимого химического состава и качества алюминиевых сплавов посредством рафинирования и дегазации расплава. Этот этап производства связан с наличием избыточного количества корректирующих воздействий из-за многозадачности и многофакторности металлургического процесса, что приводит к увеличению времени приготовления расплава, снижению производительности электрического миксера сопротивления и повышению затрат на единицу готовой продукции. Совершенствование технологического процесса формирования алюминиевых сплавов связано с затратностью проведения экспериментальных исследований. В связи с этим важное значение приобретает математическое моделирование с применением программно-инструментальных систем, обеспечивающее высокое качество алюминиевых сплавов в результате прогнозирования конечных параметров химического состава. Поэтому в рамках интенсивной цифровой трансформации металлургической отрасли актуальна разработка и промышленное применение программных средств, позволяющих оптимизировать технологический процесс получения алюминиевых сплавов, снизив энергетические и материальные затраты, а также повысить производительность миксеров литейных отделений.
Ключевые слова
В работе исследовано влияние химического состава материала на качество латунных шаровых кранов, изготавливаемых по схеме: непрерывное литье цилиндрических заготовок, горячая штамповка корпуса детали, механическая обработка и последующее поверхностное гальваническое никелирование. Оценивались прежде всего сплошность материала, т. е. наличие или отсутствие макро- и микротрещин, а также твердость. Детальное исследование микроструктуры выполнено с помощью оптического (Carl Zeiss Axio Observer D1m) и сканирующего электронного (JEOL JSM 7001F) микроскопов. Твердость отдельных фаз измерена на микротвердомере Futur Tech FM-800. Установлено, что в изученных сплавах содержание одного из основных элементов, а именно цинка, находится в пределах 35-37 %. Колебания доли цинка не оказывают существенного воздействия на вероятность появления несплошностей материала (пор, микротрещин, трещин). Так, в двух сплавах (№ 1, 4) такие дефекты определены, а в латунях № 2, 3, 5 отсутствуют. Содержание примесей таких элементов, как алюминий, кремний, железо, олово, никель, варьируется и в качественном, и в количественном составе, при этом достигая не более 1 % каждого. Указанные элементы, растворяясь в α- и β-фазах, причем преимущественно в последней, влияют на структурный состав латуней - проявляется более твердая β-фаза, увеличивается твердость фаз. Примеси склонны взаимодействовать друг с другом, образуя соединения, инициирующие микротрещины. В сплаве № 1, имеющем однофазную α-структуру, легкоплавкие свинцовые частицы распределяются как внутри ее зерен, так и по ее границам, что отрицательно сказывается на поведении латуни при горячем деформировании. В микротрещинах материала № 1 кроме свинца отмечаются и неметаллические образования на основе Fe, Si. В двухфазной (α + β)-латуни № 4, где по сравнению с другими сплавами повышено содержание Fe, Sn, Al, Ni, а также Pb (2,86 %), склонность к образованию трещин тоже повышена, хотя в целом переход от однофазной α-структуры к двухфазной (α + β) способствует перераспределению свинцовых включений в β-фазу или в межзеренные α/β-границы в результате перехода α ↔ β при горячей обработке давлением и ослабляет отрицательное воздействие свинца. Твердость изученных сплавов различается. Сплавы № 3 и 5, где не обнаружены несплошности, имеют практически одинаковое количественное соотношение α- и β-фаз - 40 : 60, но микротвердости обеих фаз в латуни № 3 выше.
Ключевые слова
Современные трубопрокатные агрегаты, как правило, оснащаются станами продольной прокатки с удерживаемой оправкой типа станов PQF (Premium quality finishing) и FQM (Fine Quality Mill). Используемая оправка, как правило, достигает 10-12 м и изготавливается из специальных марок стали, стойких к истиранию, с повышенной прочностью. В процессе эксплуатации оправка при заполнении очага деформации проходит через все клети и фиксируется на определенном расстоянии. При прокатке труб большое внимание уделяют настройке стана как по технологическим режимам, так и по расположению клетей относительно оси прокатки. За время эксплуатации стана в силу наличия люфтов, вибраций и других негативных факторов ось клетей может смещаться, что приведет к изгибу оправки, повышенному износу инструмента, а также накоплению остаточных напряжений в оправке. Все это создаст условия к снижению эксплуатационного ресурса дорогостоящего инструмента. В связи с этим в работе рассмотрено влияние осевой настройки клетей стана PQF на величину напряжений в оправке. В ходе выполнения работы были получены регрессионно значимые уравнения влияния осевой настройки на уровень напряжений в оправке.
Ключевые слова
Представлены результаты работ по созданию технологического участка нагрева и транспортировки заготовок из специальных сталей и сплавов, предназначенных для пластической деформации современной радиально-ковочной машины SKK-14 фирмы GFM, выполненных Металлургическим институтом передовых технологий (ООО МИПТ), входящим в структуру Группы компаний «МЕТЧИВ». Показаны недостатки известных технологических линий нагрева заготовок из специальных сталей и сплавов, способов и устройств для их транспортировки вдоль рабочего пространства методических толкательных печей. Предложена установка двух методических толкательных печей в шахматном порядке, одна из которых с торцевой задачей и выдачей, а другая - с торцевой задачей и боковой выдачей, обеспечивающая осуществление двух технологических вариантов нагрева. Описан разработанный способ транспортировки заготовок в методической толкательной печи, обеспечивающий равномерный нагрев круглых заготовок за счет их самостоятельного поворота вокруг своей оси при перемещении по поду печи. Охарактеризована разработанная новая конструкция направляющих для защиты пода методической толкательной печи от механического воздействия перемещаемых заготовок. Предложено в качестве направляющих использовать металлические гибкие элементы в виде лент или прутков, концы которых соединены со свободно подвешенными грузами. Представлены предложения по повышению надежности работы методической нагревательной печи с боковой выдачей заготовок и снижению эксплуатационных затрат, которые заключаются в использовании направляющего желоба, выполненного из нескольких полых элементов, заполненных сыпучим огнестойким материалом, а для их герметизации с обеих сторон закрытых пробками. На наружных поверхностях пробок выполнены конические охватываемые поверхности. На боковых стенах каркаса печи напротив охватываемых конических поверхностей выполнены приливы с охватывающими коническими поверхностями. Все выполненные разработки запатентованы.
Ключевые слова
Для расширения сортамента производимых труб и повышения производительности на современных трубопрокатных агрегатах применяют редукционно-растяжные станы. Однако характерной особенностью при редуцировании труб с натяжением является образование утолщенных концов. Это явление связано с тем, что передний и задний концы подвергаются формоизменению в условиях, отличных от деформации средней части трубы. Характер изменения толщины стенки на концах труб определяет длину и массу концевой обрези, что в значительной мере определяет экономические показатели всего трубопрокатного агрегата в целом. В данной работе с помощью физического и компьютерного моделирования процесса редуцирования труб в одной клети исследовано влияние параметров прокатки на длину утолщенных концов. Для всестороннего исследования процесса редуцирования необходимо учесть большинство факторов, таких как овальность калибра, уровень натяжения, степень деформации, степень тонкостенности и др. Часть из этих факторов, например влияние межклетьевого заднего натяжения по раскату, лучше реализовывать при физическом моделировании, а часть факторов (например температура заготовки) лучше исследовать при компьютерном моделировании. Данные исследования помогут в разработке технических решений с целью уменьшения длины утолщенных концевых участков труб. Для создания заднего натяжения в экспериментальном исследовании, моделирующим процесс работы редукционно-растяжного стана (создание натяжения), был создан рабочий инструмент (волочильное кольцо). Для улучшения механических характеристик волочильное кольцо подвергалось термической обработке, заключающейся в нагреве под закалку в аустенитную область выше точки Ас3 при температуре 880 °С в течение 20 мин.
Ключевые слова
Энергосиловые параметры процесса волочения зависят от таких технологических факторов, как механические свойства обрабатываемого материала, склонность его к упрочнению при холодной деформации, единичная степень деформации, коэффициент трения на контакте «металл - волока», конструктивные параметры волоки, скорость волочения. От точности определения энергосиловых параметров зависит стабильность (безобрывность) процесса, эффективная и безаварийная загруженность волочильной машины, обоснованность выбора волочильного оборудования при проектировании производственных линий. В настоящей статье разработана методика расчета энергосиловых параметров процесса волочения в монолитных волоках на прямоточных волочильных машинах. Предложенная методика расчета усилия волочения проволоки позволяет учитывать упрочнение при холодной пластической деформации обрабатываемого сплава, параметры очага деформации при монолитном волочении, а именно степень деформации, рабочий полуугол волоки, трение на контакте «металл - волока». Определение скорости волочения осуществляется из особенностей процесса волочения на машинах прямоточного типа, т. е. повышение скорости волочения от прохода к проходу осуществляется на величину коэффициента вытяжки в волоке. Мощность, потребляемая электродвигателями каждого тянущего барабана, определяется усилием волочения и линейной скоростью волочения в данном проходе. Экспериментальная проверка методики определения усилия волочения, проведенная на автоматизированном лабораторном волочильном стане, показала ее адекватность. Ошибка между расчетными и экспериментальными значениями усилия волочения не превышала 12 %, что допустимо при выполнении оценочных расчетов энергосиловых параметров процесса волочения проволоки. Предложенная методика расчета энергосиловых параметров процесса волочения проволоки в монолитных волоках на станах прямоточного типа может быть полезна при анализе и корректировке действующих маршрутов волочения проволоки, оценке эффективности использования волочильных машин, при выборе и проектировании нового волочильного оборудования, разработке технологии изготовления проволоки.
Ключевые слова