Open Access
Access granted
Subscription Access
No 6 (2024)
Articles
IZUChENIE FAZOVOGO SOSTAVA REDKOMETAL'NOGO ShLAKA, POLUChENNOGO PRI VOSSTANOVITEL'NOM OBZhIGE RUDY ChUKTUKONSKOGO MESTOROZhDENIYa
Abstract
Исследован фазовый состав ниобий-редкоземельного шлака при восстановительном обжиге высокожелезистой редкометальной руды Чуктуконского месторождения - одного из самых богатых источников ниобия и редкоземельных металлов (РЗМ) в России. Установлено, что при восстановительном обжиге (1400 °C) образуются четыре основные фазы: бетафит Ca2(Nb,Ti)3O8, бритолит Ca4(Ce,La,Nd,Pr)(Si,P)6O26, шпинель с общей формулой (Mn,Fe,Mg)(Al,V)2O4 и стекловидная матрица. С увеличением расхода твердого восстановителя (кокса) с 11 до 17% массы руды меняется количественное соотношение фаз редкометального шлака, в то время как фазовый состав остается неизменным. По мере увеличения добавки кокса количество марганцевой шпинели и бритолита в шлаке (без учета стекловидной фазы) уменьшается соответственно с 46 до 27 и с 42 до 34%, а количество бетафита, наоборот, увеличивается с 12 до 39%. По данным микрозондового анализа ниобий и титан сосредоточены в бетафите и стекловидной матрице. Редкоземельные элементы распределяются по всем фазам кроме шпинели, которая не разлагается минеральными кислотами даже при высоких температурах в автоклавных условиях. Показано, что в результате удаления железа и фосфора в составе чугуна шлак, получающийся при восстановлении руды, становится в 5-6 раз более богатым редкими и редкоземельными элементами по сравнению с рудой. Это приводит к снижению материальных потоков при дальнейшем солянокислотном выщелачивании шлака с извлечением РЗМ в раствор и концентрированием ниобия и титана в остатке.
Metally. 2024;(6):3-10
3-10
O RAZLOZhENII BADDELEITOVOGO KONTsENTRATA FTORSODERZhAShchIMI RASTVORAMI
Abstract
Исследовано разложение бадделеитового концентрата фторсодержащими растворами. Показано, что разложение бадделеитового концентрата методом сорбционной конверсии в присутствии сульфокатионита более эффективно проходит в растворе фторида аммония, чем в растворе фторида натрия. Цирконий распределяется между маточным раствором (основная часть) и сорбентом (меньшая часть), что затрудняет практическую реализацию метода. Показано, что более целесообразно проводить разложение бадделеитового концентрата фтористоводородной кислотой, нейтрализовать полученный раствор гидроксидом аммония с получением гидроксида циркония и раствора фторида аммония, из последнего регенерировать фтористоводородную кислоту методом сорбционной конверсии.
Metally. 2024;(6):11-17
11-17
NITRIDIZATsIYa METALLIChESKOY PARY Ti-Zr I OTsENKA termoEDS SINTEZIROVANNOGO KERAMIChESKOGO OBRAZTsA
Abstract
Контролируемой нитридизацией металлических пар Ti-Zr синтезированы керамические нитридные образцы заданных состава и формы. Установлены кинетические и вольт-амперные зависимости взаимодействия пар Ti-Zr с азотом. Взаимодействия индивидуальных металлов и области спая с азотом протекают по разным механизмам. Для чистых металлов формирование керамики, близкой к стехиометрическому составу, происходит через образование трех- и двухслойных градиентных структур. Нитридизация области спая, содержащего твердый раствор Ti-Zr, характеризуется параллельно протекающими процессами и определяется химическим сродством каждого металла к азоту. Скорость реакции циркония с азотом возрастает с уменьшением количества титана в твердом растворе. Образование нитрида титана приводит к распаду твердого раствора Ti-Zr, сопровождающемуся сепарацией металлического циркония на границах зерен в виде отдельной фазы с одновременным взаимным растворением образующихся твердых растворов азота в титане и цирконии, взаимным растворением нитридов и диффузией атомов азотированных металлов в противоположные «ветки» пары. Проведена оценка величины термоЭДС системы Ti-Zr разной степени азотирования в интервале температур от –195,7 до +550 °C. Установлены зависимости термоЭДС для градиентных и керамических структур. Нитридизованные пары Ti-Zr, содержащие разное количество азота, можно использовать в качестве керамических термоэлектрических преобразователей.
Metally. 2024;(6):18-30
18-30
ISSLEDOVANIE FORM PRISUTSTVIYa KISLORODA V POROShKOVOM INTERMETALLIDE Cr2Ta, SINTEZIROVANNOM GIDRIDNO-KAL'TsIEVYM METODOM
Abstract
Содержание примесей в порошковых материалах — один из ключевых параметров, который необходимо контролировать в процессе производства для обеспечения их высоких эксплуатационных характеристик. В работе проведены исследования форм присутствия кислорода в порошке интерметаллида Cr2Ta, полученного методом гидридно-кальциевого синтеза. Установлено, что при общем содержании в порошке 0,63 мас.% кислорода основная его доля (около 0,41 мас.%) находится в форме простых оксидов Cr2O3 и Ta2O5. Термодинамические расчеты показали присутствие комплексных оксидов TaxCayOz, доля которых около 0,17 мас.%, при этом лишь малая доля (около 0,08 мас.%) содержится в виде адсорбированных газов, органических соединений и влаги. Наличие большого количества Cr2O3 и Ta2O5 говорит о необходимости оптимизации гидрометаллургической обработки в растворах кислот, что позволит удалить CaO из продуктов реакции.
Metally. 2024;(6):31-40
31-40
ANALIZ OBRAZOVANIYa I MODIFITsIROVANIYa NEMETALLIChESKIKh VKLYuChENIY PRI PROIZVODSTVE DINAMNOY STALI
Abstract
Динамную (изотропную) сталь применяют в качестве основного материала в двигателях и генераторах, работающих во вращающемся магнитном поле. Легирование кремнием, а также алюминием повышает магнитную проницаемость в слабых и средних магнитных полях, уменьшает коэрцитивную силу, потери на гистерезис и вихревые токи. Сильное влияние на магнитные свойства динамной стали оказывают неметаллические включения. Они препятствуют движению границ доменов при перемагничивании стали, а также могут служить очагами разрушения металла в результате создаваемых вокруг них напряжений. Неметаллические включения образуются в процессах рафинирования, затвердевания и охлаждения металла. В работе проведен анализ технологии производства динамной стали. Методами фракционного газового анализа и электронной микроскопии исследованы пробы металла, отобранные на основных этапах внепечной обработки, из промежуточного ковша, от непрерывно литых заготовок и горячекатаных листов для шести промышленных плавок.
Metally. 2024;(6):41-48
41-48
OSOBENNOSTI FORMIROVANIYa FAZOVOGO SOSTOYaNIYa I STRUKTURY BYSTROREZhUShchEY STALI R18 PRI VAKUUMNOM AZOTIROVANII
Abstract
Методами рентгеновской дифрактометрии с использованием математических методов для улучшения разрешения рентгенограмм и последующего анализа полученного профиля распределения интенсивности по методике Ритвельда исследованы закономерности изменения фазового состояния и параметров решетки фаз Me6C и Fe быстрорежущей стали Р18 в результате вакуумного азотирования при 540 °C в течение 8, 16 и 24 ч. Удалось разрешить следующие сложные максимумы, связанные с наложением отражений фаз: Cr2N-CrWN2-Mn2N-Mn4N, (Fe,Cr)3W3C-Cr7C3-Mn2N-(Fe,Cr)3W3N, Fe4N-Fe3N, Fe3N-Fe4N-Cr7C3- (Fe,Cr)3W3C. Использовали съемки на CoKα- и CuKα-излучении с разной глубиной проникновения для выяснения особенностей процессов в поверхностных слоях разной глубины. Получено, что в результате азотирования в течение 8—16 ч уменьшаются параметры элементарной ячейки фазы на основе ОЦК железа как в поверхностном (расстояние от поверхности 2—6 мкм), так и в приповерхностном слое (расстояние от поверхности 6—18 мкм). Однако после 24 ч азотирования процесс уменьшения параметров решетки замедляется, отмечено меньшее изменение параметров решетки в слое 2—6 мкм по сравнению со слоем 6—18 мкм. Получены закономерности изменения параметров решетки фаз (Fe,Cr)3W3С и (Fe,Cr)3W3N для разных значений длительности азотирования и глубины проникновения излучения.
Metally. 2024;(6):49-56
49-56
ISSLEDOVANIE DIFFUZIONNOGO SOEDINENIYa TVERDOGO SPLAVA VK6 I STALI 45 ChEREZ POROShKOVYE SLOI Ni/Co
Abstract
Получены образцы слоистого композита сталь—порошковая прослойка—твердый сплав. Исследованы микроструктура и фазообразование в диффузионных соединениях. Определена ширина переходных зон диффузионных соединений сталь—порошковая прослойка и твердый сплав—порошковая прослойка, показана зависимость ширины переходной зоны от состава прослойки. Максимальная ширина переходной зоны наблюдается в диффузионных соединениях, полученных через никелевый порошковый слой. Выявлено, что переходные зоны формируются в основном твердыми растворами и незначительным количеством химических соединений.
Metally. 2024;(6):57-66
57-66
OSOBENNOSTI STRUKTURY I SVOYSTV ZhAROPROChNOGO NIKELEVOGO SPLAVA AZhK, POLUChENNOGO METODOM SELEKTIVNOGO LAZERNOGO SPLAVLENIYa
Abstract
Представлены результаты исследований структуры и свойств образцов, изготовленных из сплава АЖК по технологии селективного лазерного сплавления (СЛС). Структуру образцов исследовали методами оптической, растровой и просвечивающей электронной микроскопии. Установлено, что структура СЛС-образцов состоит из столбчатых зерен, сформированных в результате эпитаксиального роста, закристаллизовавшихся ванн расплава и дефектов структуры в виде микропор в количестве до 0,06%. Для модификации структуры СЛС-образцов и увеличения механических свойств на растяжение применяли комплексную постобработку, состоящую из горячего изостатического прессования (ГИП) и термической обработки (ТО). В результате проведения ГИП и ТО для СЛС-образцов отмечено двукратное уменьшение их пористости, выделение мелкодисперсной γ'-фазы в количестве до 57% и карбидов типа МС, Cr23С6, что, в свою очередь, обеспечивает максимальный уровень прочности на растяжение (σв = 1395 МПа, σ0,2 = 925 МПа) в сочетании с высокой пластичностью (δ = 21,6%) при комнатной температуре.
Metally. 2024;(6):67-74
67-74
OSOBENNOSTI DEFORMATsII I RAZRUShENIYa NERZhAVEYuShchEY STALI S RAZNYM RAZMEROM ZEREN
Abstract
Приведены результаты анализа процесса разрушения в условиях растяжения образцов нержавеющей стали 12Х18Н10Т с разным размером зерен. Использована комплексная методика исследования, включающая оценку механических характеристик, в которой предусмотрено определение методом корреляции цифровых изображений размеров пластических зон и значений главной деформации, а также физических свойств методами оценки акустической эмиссии, коэрцитивной силы, вихретокового параметра, доли ферритной фазы. Выполнен анализ структуры и механизмов разрушения с использованием оптической и растровой электронной микроскопии и с помощью компьютерной обработки оценена поврежденность материала. Предложенная комплексная методика анализа процесса разрушения использована на разных стадиях нагружения, границы которых определены по данным анализа формы кривых деформирования. Установлена взаимосвязь механических свойств и характеристик акустической эмиссии с кинетикой пластических свойств и размером зерен, при этом показано, что зависимости прочностных и некоторых акустических характеристик отвечают уравнению Холла—Петча. С увеличением размера зерен возрастают акустическая активность и суммарное число акустических сигналов. Продемонстрирована корреляция изменений деформационных зависимостей размера слабодеформированной пластической зоны с магнитными характеристиками стали и локальной деформацией в точке деструкции, оцененной по изменению второй производной напряжения по деформации.
Metally. 2024;(6):75-86
75-86
IZUChENIE NAPRYaZhENNO-DEFORMIROVANNOGO SOSTOYaNIYa V TEKhNOLOGIChESKOM PODPORE PRI GIBKE ALYuMINIEVOGO PROFILYa DVUTAVROVOGO SEChENIYa NA TREKhVALKOVOY MAShINE
Abstract
Представлены результаты математического моделирования процесса гибки алюминиевого профиля двутаврового сечения на трехвалковой машине. Изучено напряженно-деформированное состояние в технологическом подпоре, состоящем из набора упругих стальных полос, расположенном в межполочном пространстве профиля. Предложены принципы расчета рациональных параметров процесса гибки и технологической оснастки. Установлены значения толщины полос и межвалкового расстояния, при которых в процессе гибки во вставках не возникают пластические деформации.
Metally. 2024;(6):87-94
87-94
MUL'TIPLETNYY KhARAKTER AUSTENITIZATsII STALI 07Kh3GNM I YaVLENIE TERMIChESKOY NASLEDSTVENNOSTI
Abstract
Методами дифференциальной сканирующей калориметрии высокого разрешения исследованы превращения при нагреве и охлаждении со скоростью 5, 10, 20, 40 K/мин доэвтектоидной стали 07Х3ГНМ мартенситного класса. Установлен мультиплетный характер перехода этой стали в аустенитное состояние. На первом этапе реализуется переход перлита в аустенит. На втором — переход избыточного феррита в аустенит. Эти процессы четко дифференцируются по температурам максимальной скорости их реализации. В этой стали при охлаждении даже со скоростью 40 K/мин основной распад переохлажденного аустенита реализуется в районе температур протекания бейнитно-мартенситного превращения, т.е. ниже 500 °C. Показано наличие эффекта наследственности при низкотемпературном распаде переохлажденного аустенита этой стали. В частности, в зависимости от скорости нагрева при прохождении межкритического интервала температур зависят максимальная скорость и тепловой эффект распада аустенита ниже 500 °C.
Metally. 2024;(6):95-100
95-100
ROST KRISTALLOV V PEREOKhLAZhDENNYKh EVTEKTIChESKIKh RASPLAVAKh NA BAZE SISTEMY Fe-B
Abstract
Проведено комплексное исследование процессов кристаллизации расплавов на базе системы Fe-B при их глубоких переохлаждениях. Для изучения особенностей протекающих процессов использовали сочетание экспериментальных методов и методов математического моделирования. Калориметрическими и рентгеноструктурными исследованиями аморфных лент, получаемых из расплавов Fe-B, показано, что при глубоком переохлаждении расплава на медном вращающемся барабане формируются кристаллы Fe, Fe2B и метастабильной фазы Fe3B. Полученная лента является рентгеноаморфной, кристаллы по-видимому имеют наноразмеры и механически между собой не взаимодействуют. Результаты эксперимента позволили уточнить теоретическое описание роста отдельных кристаллов каждой из фаз методами неравновесной термодинамики. При проведении расчетов использовали ранее разработанную модель роста кристалла, учитывающую взаимосвязанные диффузионные процессы в системе кристалл—расплав, а также процессы на поверхности раздела фаз. Проведенные расчеты позволили изучить закономерности изменения скоростей роста кристаллов каждой фазы в зависимости от переохлаждения расплава. Полученная методика позволяет моделировать процессы кристаллизации расплава в зависимости от режима охлаждения.
Metally. 2024;(6):101-106
101-106
ALFAVITNYY UKAZATEL'
Metally. 2024;(6):107-111
107-111
PRAVILA DLYa AVTOROV
Metally. 2024;(6):112-112
112-112