№ 3 (2023)
Статьи
Влияние силы тяжести на движение частиц титанового порошка в плазменном потоке
Аннотация
Представлена попытка определить влияние направления распыления на движение частиц в плазменном потоке с целью оценить влияние силы тяжести. Выбраны три направления распыления: вниз, вверх и горизонтально. Рассматривался титановый порошок ПТМ-1 ТУ 14-22-57-92. Для каждого из рассматриваемых направлений распыления выполнен расчет движения частиц титанового порошка разной дисперсности в плазменном потоке методом конечных элементов с использованием программного пакета SolidWorks. В качестве распыляемого порошкового материала выбраны частицы размерами 1, 50 и 90 мкм. Изучено изменение температуры частиц порошка при движении в плазменном потоке в зависимости от направления распыления. Проведен сравнительный анализ для рассматриваемых направлений распыления, по результатам которого описаны достоинства и недостатки и даны рекомендации по ведению процессов получения порошка и нанесения покрытий. Представленные данные могут быть полезными при выборе положения подложки для нанесения функциональных покрытий. Продемонстрировано влияние силы тяжести на сепарацию получаемых порошков и на распределение температуры плазменного потока в исследуемой зоне. Для верификации результатов расчета проведен натурный эксперимент в плазменной установке, собранной на базе ИМЕТ УрО РАН, которая применяется для получения порошка и нанесения покрытий, с учетом ее конструктивных особенностей. Результаты имеют практическую пользу для разработчиков и потребителей технологического оборудования.
Повышение твердости и износостойкости технического титана анодной электролитно-плазменной цементацией
Аннотация
Рассмотрена возможность использования технологии анодной электролитно-плазменной цементации в нетоксичном электролите для повышения микротвердости и износостойкости технически чистого титана. Исследованы морфоструктура и шероховатость поверхности материала после насыщения, изучено распределение микротвердости в поверхностном слое и трибологическое поведение модифицированной поверхности. Испытания на износостойкость проводились в условиях сухого трения с использованием инструментальной легированной закаленной стали в качестве контртела. Установлено, что электролитно-плазменная цементация в водном электролите, содержащем хлорид аммония и глицерин, в 3,5 раза повышает поверхностную твердость, до 900 HV 0,01, за счет образования диффузионного слоя. На трибологическое поведение влияют высокотемпературное окисление поверхности, приводящее к образованию наружного оксидного слоя, формирование модифицированного слоя и поверхностный рельеф титана. Коэффициент трения после обработки увеличивается в 1,2 раза, а массовый износ снижается в 3,4 раза по сравнению с необработанной поверхностью деталей из титана.
Электролитно-плазменное модифицирование стальной и титановой поверхностей комбинированием катодного азотирования и анодного полирования
Аннотация
Показана возможность повышения износостойкости поверхностей стали 45 в 19,9 раза и титанового сплава ВТ6 в 3,6 раза после катодного электролитно-плазменного азотирования в растворе хлорида аммония и аммиака и последующего анодного электролитно-плазменного полирования в растворе сульфата аммония. Выявлено положительное влияние на износостойкость уменьшения шероховатости поверхности и удаления внешней части оксидного слоя с помощью анодного электролитно-плазменного полирования и повышения твердости поверхностного слоя в результате катодного азотирования. Механизм изнашивания определен как усталостный при пластическом контакте и граничном трении.
Изучение возможности переработки отсевов феррованадия в режиме горения
Аннотация
Показана возможность утилизации дисперсных ферросплавов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) на примере синтеза композиционного нитрида феррованадия при переработке отсевов феррованадия марок FeV50 и FeV80. Установлено, что для получения в продуктах синтеза максимального содержания азота необходимо использовать неформованные образцы с пористостью шихты более 50%, а процесс азотирования осуществлять при давлении реагирующего газа 6-8 МПа.
Водородное охрупчивание трубных сталей
Аннотация
Представлен обзор литературных данных, посвященный вопросам взаимодействия водорода с металлическими материалами. Рассмотрены основные процессы повреждения, такие как высокотемпературная водородная коррозия и водородное охрупчивание (ВО). Описаны наиболее распространенные механизмы ВО. Обобщены известные закономерности, вопросы влияния химического состава, структуры, концентрации водорода, температуры и скорости деформации на развитие ВО, а также приведены результаты собственных исследований воздействия водорода на механические свойства трубных сталей.
Содержание общего кислорода в жидкой стали как критерий оценки неметаллических включений в трубных сталях
Аннотация
Проведен статистический анализ содержания общего кислорода в пробах трубных сталей на этапе непрерывной разливки на МНРС литейно-прокатного комплекса (ЛПК) АО «ВМЗ». Исследованы микроструктуры проб проката, а также определен химический состав неметаллических включений методом рентгеноспектрального микроанализа. Выполнен лабораторный анализ проб жидкой стали и горячекатаного проката ЛПК методом восстановительного плавления в потоке инертного газа. Построены зависимости между длительностью нахождения металла в сталеразливочном ковше и содержанием магния в неметаллических включениях, а также между средним баллом неметаллических включений в металлопрокате и содержанием общего кислорода в жидкой стали на этапе непрерывной разливки стали.
Исследование механизмов разрушения стали 09Г2С методом акустической эмиссии
Аннотация
Исследованы механизмы разрушения при статическом растяжении плоских образцов конструкционной стали 09Г2С в бездефектном состоянии и с искусственным дефектом в виде усталостной трещины с применением метода акустикой эмиссии и фрактографического анализа поверхности разрушения.
Построение диаграмм вязкости шлаков, содержащих оксиды хрома и бора, методом симплексных решеток
Аннотация
С использованием метода симплексных решеток планирования эксперимента исследована вязкость шлаков системы СаО-SiO2-Cr2O3-3%Al2O3-8%MgO-6%В2О3 в широком диапазоне их химического состава. Для каждого значения вязкости построены адекватные математические модели, описываемые приведенным полиномом третьей степени. Результаты математического моделирования представлены графически в виде диаграмм состав-вязкость. Отмечено, что шлаки в области составов с основностью 1,5-2,0 обладают высокой жидкоподвижностью в диапазоне температур 1600-1700 °C, их вязкость не превышает 0,3 Па·с.
Кинетика высокотемпературной нитридизации сплавов на основе Zr-U
Аннотация
Установлены кинетические закономерности образования нитридов и представлена последовательность структурных превращений, характеризующих высокотемпературную (при 1900 °C) нитридизацию сплавов Zr-U, содержащих 2 и 5 мас.% U, в интервале от 3,5 до 60 мин. В ходе высокотемпературного насыщения азотом для каждого состава происходит распад твердого раствора (Zr,U) с образованием композитных структур ZrN-(ZrN1- n /U х Э у /U)-ZrN (где Э - О, N; n , x , y - стехиометрические коэффициенты). При распаде твердого раствора образуется нитрид циркония и выделяется фаза металлического урана, аккумулирующего в центральной части образца содержащиеся в исходном твердом растворе примеси. Кинетические кривые для температуры 1900 °C аппроксимируются экспоненциальным законом и соответствуют нитридизации циркония. Скорость нитридизации твердого раствора (Zr,U) возрастает с увеличением содержания урана. Для завершения процесса образования компактного нитрида твердого раствора (Zr,U)N стехиометрического состава необходимо повышать температуру и увеличивать длительность реакции.
Метод локальной маркировки металлической поверхности с помощью ультрадисперсных частиц минералов
Аннотация
Предложен метод локальной маркировки металлической поверхности ультрадисперсными частицами минералов. Методами фотолюминесценции и электромагнитного акустического резонанса исследованы локальные метки, создаваемые минералами и их смесями при помощи технологии минеральных покрытий. Показано, что локальные области образцов из металла, содержащие микрочастицы минералов, создают четкие сигналы в виде пиков излучения люминесценции и параметров затухания электромагнитного акустического резонанса. Имея набор комбинаций из разных люминесцентных минералов и их смесей, а также из технологических приемов внедрения минералов и двух измерительных систем, можно построить локальную и достаточно просто определяемую маркировку с большим набором вариантов.
Влияние ротационной ковки на структуру, механические и коррозионные свойства сплава Mg-1,1%Zn-1,7%Dy
Аннотация
Изучено влияние ротационной ковки (РК) со степенью деформации e = 1,28 и 2,31 на микроструктуру, коррозионную стойкость и механические свойства потенциального медицинского сплава Mg-1,1%Zn-1,7%Dy. Показано, что РК при e = 1,28 приводит к измельчению зерна исследуемого сплава практически в 10 раз (с 300-400 до 30-40 мкм). Повышение степени деформации до e = 2,31 приводит к формированию неоднородной микроструктуры с областями, содержащими зерна как размером 30-40 мкм, так и 5-10 мкм. Измельчение зерна после РК приводит к повышению стойкости к электрохимической коррозии (потенциал коррозии увеличивается от -1550±9 мВ в закаленном состоянии до -1442±23 и -1454±35 мВ после РК соответственно при e = 1,28 и 2,31), но не вызывает изменения плотности тока коррозии. При этом скорость деградации сплава растет с увеличением степени деформации вплоть до 3,46±1,06 мм/год. Измельчение структуры после РК при e = 1,28 приводит к существенному росту прочности исследуемого сплава относительно закаленного состоянии (предел прочности растет с 70±13 до 273±7 МПа) при снижении пластичности с 23,1±5,1 до 14,0±2,9%. Повышение степени деформации до e = 2,31 не приводит к росту прочности сплава (sв = 267±4 МПа), но вызывает увеличение пластичности (d = 21,1±1,6%), по-видимому, в результате текстурных изменений, происходящих в сплаве.