№ 2 (2024)

Выполнен анализ приведенного в литературе аналитического решения задачи о нагреве слоя материала движущимся газом. Установлено, что недостатком такого решения является постоянство теплофизических свойств материала и газа, а также коэффициента теплопередачи, что не позволяет учитывать их изменение в процессе нагрева слоя, а также различное развитие химических реакций. В реальных условиях в обжигаемых окатышах протекает комплекс физико-химических процессов: окисление магнетита, разложение карбонатов, образование новых химических соединений и др. Отмечается, что расчет окислительного нагрева железорудных окатышей основан на закономерностях передачи теплоты в неподвижном слое. При этом длительность нагрева слоя зависит от многих факторов и определяется в основном длительностью теплообмена между слоем окатышей и газом. Разработана методика расчета теплообмена в слое обжигаемых офлюсованных окатышей применительно к конвейерной машине. Достоинство методики состоит в том, что она позволяет проводить расчет окислительного обжига окатышей с учетом кинетики процессов, происходящих в окатышах при нагреве. С ее использованием можно определять температуры материала и газа в слое окатышей не только в начальный, но и в любой момент времени, что достигается использованием граничных условий и путем интегрирования дифференциальных уравнений, описывающих теплообмен в неподвижном слое. Причем теплофизические свойства газа и материала, а также коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи принимались в виде функций от температуры, а не постоянными, как отмечается в предлагаемых решениях аналогичной задачи. Полученные в работе результаты имеют большое практическое значение, так как позволяют проводить анализ влияния разных параметров обжига на степень завершенности процессов в слое и получать обожженные окатыши с требуемыми металлургическими свойствами, а также определять размеры зоны обжига и оптимальную длину конвейерной машины, а следовательно, и ее производительность.

Исследовано влияние легирующих элементов (Cu, Li) на кристаллографическую текстуру, фазовый состав и величину модуля Юнга листов толщиной 1,4 мм из сплавов В-1480 и В-1481 системы Al-Cu-Li. С использованием оригинального метода количественного фазового анализа, основанного на законе Вегарда и балансе химического и фазового составов, определено содержание интерметаллидных фаз δ (Al3Li) и T1 (Al2CuLi) в сплавах. На основе этих данных впервые оценены модули Юнга этих интерметаллидов, которые значительно выше, чем у твердого раствора (~70 ГПа), и составляют 100—120 ГПа. При этом в отличие от прочностных свойств, вклад T1фазы в которые в разы превышает вклад δ-фазы, упругие свойства этих фаз близки. Показано, что в листах сплава В-1480 формируется текстура {110}<112>, обусловливающая максимальное значение модуля Юнга в поперечном направлении листа и минимальное в направлении под углом 45°. В листах сплава В-1481 формируется слабовыраженная многокомпонентная текстура, при этом величина модуля Юнга практически одинакова во всех направлениях листа (долевом, поперечном и под углом 45° относительно направления прокатки).

Методами рентгенофазового анализа и дополнительного улучшения разрешения рентгенограмм исследовано фазовое состояние поверхности сплава ВТ23 после закалки в двух разных средах. После закалки в воде в поверхностных слоях сплава выявлены твердый раствор кислорода в фазе на основе α-титана и диоксид титана TiO2 (рутил), образовавшиеся как при нагреве под закалку и выдержке в окислительной среде, так и при закалке в воде. После закалки в потоке азота высокого давления в поверхностных слоях сплава выявлены твердый раствор азота в фазе на основе α-титана и нитриды TiN, Ti2N, образовавшиеся как при нагреве под закалку и выдержке в вакууме со следовым количеством молекулярного азота, так и при закалке в потоке азота высокого давления. Благодаря улучшению разрешения дифрактограмм выявлены дифракционные максимумы, отвечающие Ti3N2, Ti4N3.

На разных стадиях циклического нагружения измерены такие физические характеристики стали 316L, полученной методом селективного лазерного плавления, как электрическое сопротивление и вихретоковый параметр. Установлена корреляция этих характеристик с длиной и раскрытием малых усталостных трещин, возникших на технологических дефектах, а также с относительным числом циклов нагружения. Основой отмеченной корреляции является подобие стадийности изменения физических свойств и стадийности изменения длины и раскрытия малых усталостных трещин с увеличением числа циклов. Показано, что средняя длина малых трещин на стадии стабильного роста линейно зависит от относительного числа циклов нагружения как при низкой, так и при высокой амплитуде напряжения. Электрическое сопротивление, оцененное после разрушения вблизи изломов образцов, растет с увеличением амплитуды напряжения согласно линейному соотношению, которому отвечает и зависимость вихретокового параметра от числа циклов при низких амплитудах напряжения. С ростом раскрытия малых трещин значения вихретокового параметра увеличиваются.

Структуру композитов с улучшенными механическими свойствами состава Ni-ySiC (y = 0,001, 0,005 и 0,015 мас.%), приготовленных путем механической активации и искрового плазменного спекания, исследовали средствами растрового и просвечивающего электронного микроскопов и рентгеновской дифракции. Плотность спеченных образцов определяли методом гидростатического взвешивания. Испытания на изгиб проводили методом трехточечного изгиба при 25 и 400 °C, а модуль Юнга определяли ультразвуковым методом при температурах 25, 400, 750 °C. Термодинамическое моделирование показало, что при формировании материала искровым плазменным методом на межфазном слое между матрицей и наночастицей возможно выделение силицидов никеля. На границах зерен никеля выявлен пироуглерод, который мог сформироваться при выделении из никеля при спекании в результате попадания углеродсодержащего компонента в поры. Материал, содержащий 0,001 мас.% SiC, имел прочность на изгиб выше на 115% при 20 °C и на 86% при 400 °C, чем никель, спеченный без добавок.