Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy / Известия вузов. Цветная металлургия
Not a member yet
659 research outputs found
Sort by
Исследование физических явлений в барботажной зоне плавильного агрегата «Победа» методом холодного моделирования Сообщение 3. Гидрогазодинамика комбинированной продувки жидкости газом с помощью донной и боковой фурм
Get PDFHydro-gas regularities of liquid combined blowing by gas were studied using cold modeling method at Archimedes criterion for lateral Arl = 12÷120 and bottom blowing Arb = 5÷60 simulating Pobeda bubbling unit. The blowing was performed simultaneously by bottom lance vertically fixed in centre of reactor and by the lateral lance which was attached at an angle 5° to the horizontal axis. The quantitative estimation of instantaneous and average circulation velocities (Vav) of liquid flow elements in different bath areas, depending on the location of blowing zone and Archimedes criterion, was performed. The liquid motion trajectory was determined. A vortex zone was revealed near the liquid surface and the reactor shell, where instantaneous velocity of the liquid flow elements changes from 69.9 to 181.1 mm/s and Vav = 123.8 mm/s. The circulation flows fade in the bulk of liquid and Vav decreases from 123.8 to 47.0 and 54.1 mm/s. It was shown that, in general, circulation velocity depends on the blowing intensity and appears to be higher for the zone of overlapping of lateral and bottom streams. The dynamic blowing conditions, which ensure the direct contact of lateral and bottom jets leading to their interflow and increased spatter formation, were identified. The characteristics of 3 types of surface oscillations for interface phases “pure liquid- gas-liquid layer”, as well as the estimation of the lateral and bottom blowing impact on the type of oscillation were provided. It has been noted that the introduction of the bottom blowing (Arb = 5) causes the wave-like motion of liquid (the 2nd type) along with the transverse oscillations of the 1st type, and at higher values of Arb = 25 the angular oscillations of the 3rd type develop. It has been shown that the presence of a lateral jet at the combined blowing decreases angles of bath swinging to 8–12° to horizontal axis. For the estimation of oscillation intensity, Δhl = (hl )max – (hl )min value, which means the difference between maximum (hl )max and minimum (hl )min height of liquid for the full-wave oscillations (τ), was introduced. The height of liquid (hl ) was plotted as a function of τ, Arl , Arb, Δhl was determined on the basis of obtained graph values, which varied upon modeling over the range of 7.7–69.5 mm. The relation between the liquid circulation velocity and the oscillation value (Δhl ) was established for different bath zones and dynamic conditions of the blowing. The impact of all oscillations types on potential erosive lining wear of Pobeda bubbling unit and the completeness of adoption of charging material nearby the bath surface was investigated.Методом холодного моделирования в интервалах величин критерия Архимеда для бокового (Arб = 12÷120) и донного (Arд = 5÷60) дутья применительно к условиям работы барботажного плавильного агрегата «Победа» (ПАП) исследованы гидрогазодинамические закономерности комбинированной продувки жидкости газом. Продувку осуществляли одновременно донной фурмой, установленной вертикально по центру реактора, и боковой, расположенной под углом 5° к горизонтальной оси. Проведена количественная оценка мгновенной и средней (Vср) скоростей циркуляции элементов потока жидкости на разных участках ванны в зависимости от местонахождения зоны продувки и критериев Архимеда. Определена траектория движения жидкости. Вблизи поверхности жидкости и корпуса реактора обнаружена вихревая зона, где мгновенная скорость движения элемента потока жидкости изменяется от 69,9 до 183,1 мм/с и Vср = 123,8 мм/с. В объеме жидкости циркуляционные потоки затухают, и Vср уменьшается от 123,8 до 47,0 и 54,1 мм/с. Показано, что в общем случае скорость циркуляции зависит от интенсивности продувки на фурмах и становится выше для области наложения боковой и донной струй. Определены динамические условия продувки, обеспечивающие непосредственный контакт бокового и донного факелов, приводящий к слиянию потоков и повышенному брызгообразованию. Приведена характеристика 3 видов колебаний поверхности раздела фаз «чистая жидкость – газожидкостный слой» и дана оценка влияния бокового и донного дутья на разновидность возникающих колебаний. Отмечено, что ввод донного дутья (Arд = 5) приводит, наряду с поперечными колебаниями 1-го типа, к появлению волнообразного движения жидкости (2-й тип), а при более высоких значениях Arд = 25 – к угловым колебаниям (3-й тип). Показано, что при комбинированной продувке наличие бокового факела уменьшает углы раскачивания ванны к горизонту до 8–12°. Для оценки интенсивности колебаний введена величина Δhж = (hж)max – (hж)min, т.е. разность между максимальной (hж)max и минимальной (hж)min высотой жидкости за полный цикл колебаний (τ). Построены зависимости высоты жидкости (hж) от τ, Arб и Arд, на основании которых определены величины Δhж, варьируемые при моделировании в интервале 7,7–69,5 мм. Для различных областей ванны и динамических условий продувки установлена взаимосвязь между скоростью циркуляции жидкости и величиной колебаний (Δhж). Рассмотрено влияние всех видов колебаний на возможный эрозивный износ футеровки ПАП и полноту усвоения шихтовых материалов вблизи поверхности ванны
Механические свойства и электропроводность холоднодеформированного сплава Al–Y–Sc–Er
Get PDFAluminum alloys alloyed with rare earth and transition metal are promising materials for electric energy transportation due to their high properties of strength, thermal stability, and electrical conductivity. The features of strengthening, their mechanical properties and electrical conductivity of Al–0.2Y–0.2Sc–0.3Er alloy after cold rolling have been established. The alloy as a cast structure is presented by aluminum solid solution (Al) and dispersed eutectics with τ2 (Al75-76Er11-17Y7-14) phase upon complete dissolution of scandium in (Al), and a content of yttrium and erbium at the level of 0.2–0.3 % each. Cold rolling the ingot accelerates strengthening upon annealing at 270 and 300 °C, reducing the time of achieving peak hardness. The maximum strengthening due to precipitation of L12 dispersoid of Al3(Sc,Y,Er) phase with the average particle size up to 10 nm is achieved after 7 h of annealing at 300 °C after cold rolling. This shows the prevailing heterogeneous mechanism of nucleation due to defects accumulated during cold rolling which stimulates strengthening. The eutectic particles are located mainly along the boundaries, elongated in the rolling direction. Irrespective of the mode of sheet fabrication, the alloy demonstrates high thermal stability up to 400 °C. During annealing of the sheets to 450 °C, their non-recrystallized structure is retained. Ingot annealing at t = 300 °C in 7 h and cold rolling with subsequent annealing under the same conditions provide a high level of mechanical properties and electrical conductivity: σ0.2 = 194 MPa, σu = 210 MPa, δ = 12.1 % and IACS – 60,1 %. The alloy has demonstrated high yield stress up to 100 h of annealing at t = 300 °C.Алюминиевые сплавы, легированные редкоземельными и переходными металлами, являются перспективными материалами для транспортировки электроэнергии ввиду высоких показателей прочности, термической стабильности и электропроводности. В работе определены особенности упрочнения, механические свойства и электропроводность сплава Al–0,2Y–0,2Sc–0,3Er после холодной прокатки. Литая структура сплава представлена алюминиевым твердым раствором (Al) и дисперсной эвтектикой с фазой τ2 (Al75-76Er11-17Y7-14) при полном растворении скандия в (Al) и содержании иттрия и эрбия на уровне 0,2–0,3 % каждого. Холодная прокатка слитка ускоряет упрочнение при отжиге при температурах 270 и 300 °C, уменьшая время достижения пиковой твердости. Максимальное упрочнение за счет выделения L12-дисперсоидов фазы Al3(Sc,Y,Er) со средним размером частиц до 10 нм достигается после 7 ч отжига при температуре 300 °С после холодной прокатки, что говорит о превалировании гетерогенного механизма зарождения за счет дефектов, накопленных в процессе холодной прокатки, стимулирующих упрочнение. Частицы эвтектики располагаются преимущественно вдоль границ, вытягиваясь в направлении прокатки, и вне зависимости от режима получения листа сплав демонстрирует высокую термическую стабильность до 400 °С. В процессе отжига листов до 450 °С сохраняется нерекристаллизованная структура. Отжиг слитка при t = 300 °С в течение 7 ч и холодная прокатка с последующим отжигом в тех же условиях обеспечивают высокий уровень механических свойств и электропроводности: σ0,2 = 194 МПа, σв = 210 МПа, δ = 12,1 % и IACS – 60,1 %. Сплав продемонстрировал высокую стабильность предела текучести вплоть до 100 ч отжига при t = 300 °С
Структурное состояние и деформации заготовки из алюминиевого сплава в начальной стадии прессования
Get PDFThe structure of insufficiently deformed areas at the non-steady phase of extrusion was studied. The tests at Kamensk Uralsky Metallurgical Works using a 120 MN press and 800 mm dia. container, in order to extrude a 355.6 mm dia. Bar was performed. The bar material is the Al–Mg–Si AD33 aluminum alloy (GOST 4784), similar to ASTM 6061. The percentage reduction was 80 %, and the reduction ratio was 5.06. After that, the macrostructure, microstructure, and average grain size along the radius, mechanical properties at room and elevated temperatures were investigated. It was found that the extruded bar macrostructure is fine-grained, homogeneous, and dense, with no nonmetallic or intermetallic inclusions. The cross-section contained several structures. The central part is weakly deformed preserving the dendritic cell structure inherited from the casting. At the circumference, a streaked structure is formed. Its components are crushed and uniformly distributed. We measured the strength at elevated temperatures and compared the results to the data available in the literature. The tested material strength almost doubled, thus indicating its incomplete softening. The ductility was also performed. The DEFORM-2D software, in order to simulate the low reduction of extrusion was used. The metal at the circumference is exposed to a greater strain from the extrusion beginning. A step-by-step analysis indicated that at the first step, the strain is localized near the die hole. In the second step, a rigid area is formed in the vicinity of the die/container liner interface. The circumference layer of metal with a 1.75–2.00 reduction of area is formed. At the bar center, this range is 0.75–1.00 (half of the circumference value). In the third step, the circumference layer with an elevated strain has a wedge-like shape. In the fourth step, the circumference layer (with elevated strain) has an equal thickness along the extrusion axis. This indicates the steady phase. The plastic strain at the bar front end is higher at the circumference than in the center. This confirms the structural analysis results. They show that the central part of the bar may retain its cast structure, while the circumference is deformed. If the bar central part is required to have some specific properties, the bar has to undergo another manufacturing operation to increase the accumulated strain. Re-extrusion processes the areas insufficiently deformed during the first extrusion.Выявлены особенности строения зон недостаточной проработки металла в нестационарной стадии прессования. В условиях ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод» (Россия) на прессе номинальным усилием 120 МН выполнено прессование слитка из контейнера диаметром 800 мм с получением прутка диаметром 355,6 мм. Материал слитка – алюминиевый сплав АД33 (ГОСТ 4784) – аналог сплава 6061 по стандарту ASTM системы Al–Mg–Si. Относительное обжатие в таком процессе составляло 80 %, а коэффициент вытяжки – 5,06. Дальнейшее исследование включало изучение макроструктуры, микроструктуры вдоль радиальной координаты, определение среднего размера зерна вдоль радиальной координаты, испытания механических свойств при комнатной и повышенной температурах. Установлено, что макроструктура выходной части прутка – мелкозернистая, однородная, плотная, неметаллические и интерметаллидные включения отсутствуют. Однако по поперечному сечению выявлена разноструктурность: в центре структура демонстрирует слабодеформированное состояние, сохраняя рисунок строения дендритных ячеек, унаследованных от литья; на периферии структура имеет строчечное строение, ее составляющие малого размера и равномерно распределены. Получены значения прочностных свойств при повышенных температурах и выполнено сравнение с известными из литературы данными. Материал в опытах оказался прочнее почти в 2 раза, что говорит о его неполном разупрочнении. Также выполнено сравнение пластических свойств. В расчетной части с помощью программного модуля DEFORM-2D проведено численное моделирование прессования с малым коэффициентом вытяжки. Выявлено, что металл на периферии подвергается большей степени деформации с самого начала процесса. Отслеживание ситуации по шагам показало, что на первом шаге деформации локализованы вблизи отверстия матрицы, на втором – наблюдалось образование жесткой зоны в окрестности стыка матрицы и рабочей втулки контейнера. В периферийной области установился слой металла со степенью деформации 1,75–2,00. В то же время в центре этот диапазон снизился до 0,75–1,00, т.е. значения оказались практически в 2 раза меньше. На третьем шаге периферийный слой с повышенным уровнем деформации имеет клинообразную форму, на четвертом – периферийный (с повышенной степенью деформации) слой имеет равную толщину вдоль оси прессования, что говорит о наступлении стационарной стадии. Для переднего конца прутка на периферии показатель пластической деформации выше, чем для центральной части. Это подтверждает результаты структурного анализа, где было показано, что в центральной части может сохраняться литая структура, в то время как на периферии возникают все признаки наличия деформированного состояния. Таким образом, если возникает необходимость использования этой части заготовки в качестве материала с необходимым уровнем свойств, то придется применить технологическую операцию с увеличением накопленной степени деформации. При запланированной повторной обработке прессованием создаются условия для проработки областей металла, недостаточно деформированных при первичной обработке
Получение концентрата родия из цементата золота
Get PDFThis article describes studies on improving reprocessing technology gold production cementate (GPC) formed in refining section of chemical metallurgical shop at JSC Uralelektromed, in order to increase the extraction rate of targeted metals into marketable products, diversification of production, achievement of economic effect due to increasing content of precious metals (PM) in individual concentrates. The optimization of GPC reprocessing technology includes intensification of leaching of initial material and filtration of produced pulp, in order to increase the extraction of gold and platinum group metals (PGM) into solution and decrease the circulated PM. This would allow individual products (crude PM) to be obtained with minimum material loss and labor consumption. It is possible to increase rhodium content in concentrate and to reduce its circulation by preliminary oxidating annealing at the temperature above 500 °C. At this temperature hardly soluble trioxide Rh2O3 is formed on rhodium surface, insoluble in aqua regia, thus allowing it to deposit in the form of individual product. The influence of temperature and composition of gaseous phase was established upon oxidizing annealing of initial raw stuff (t = 500÷750 °C) on the composition of rhodium trioxide concentrate (15÷45 % Rh2O3). Reprocessing flowchart of gold production cementate was developed and tested on commercial scale, allowing for the simultaneous production of several products: deposited gold (Au ≥ 98 %), deposited silver (Ag ≥ 98 %), PGM concentrate (Pt ≥ 45 % and Pd ≥ 15 %), rhodium concentrate (Rh = 15÷45 %).Проведены исследования по совершенствованию технологии переработки цементата производства золота (ЦПЗ), образующегося в аффинажном отделении химико-металлургического цеха АО «Уралэлектромедь», с целью повышения степени извлечения целевых металлов в товарные продукты, диверсификации производства, получения экономического эффекта за счет увеличения содержания драгоценных металлов (ДМ) в индивидуальных концентратах. Оптимизация технологии переработки ЦПЗ предусматривает интенсификацию процессов выщелачивания исходного материала и фильтрации полученной пульпы для увеличения показателей извлечения в раствор золота, металлов платиновой группы (МПГ) и снижения находящихся в обороте ДМ, что позволит получить индивидуальные продукты (черновые ДМ) с минимальными материальными затратами и трудоемкостью. Повысить содержание родия в концентрате и сократить его количество в обороте при переработке цементата возможно путем предварительного окислительного обжига при температуре свыше 500 °С, при которой на поверхности родия образуется труднорастворимый триоксид Rh2O3, не растворяющийся в «царской водке», что позволяет выделить его в виде индивидуального продукта. Установлено влияние температуры и состава газовой фазы при проведении окислительного обжига исходного сырья (t = 500÷750 °С) на состав концентрата триоксида родия (15÷45 % Rh2О3). Разработана и опробована в промышленном варианте схема переработки цементата производства золота, которая позволяет селективно получить несколько продуктов: осажденное золото (Au ≥ 98 %), осажденное серебро (Ag ≥ 98 %), концентрат МПГ (Pt ≥ 45 % и Pd ≥ 15 %), концентрат родия (Rh = 15÷45 %)
Применение метода корреляции цифровых изображений для построения диаграмм деформирования в истинных координатах
Get PDFThis article describes the features of determining strain curves in true stress–true strain coordinates, using samples of circular cross section from Al–Cu–Mg–Zn aluminum alloy. The calculation and experimental methods of determining true stresses and strains were compared Calculation methods based on the condition of volume constancy may not reflect actual regularities of deformation at the stage of strain localization in the considered material. Nevertheless, the use of systems of digital image correlation (DIC) allows measurements of both the geometrical sizes of deformed sample and strain fields on its surface to be performed, including on the sample neck. It was demonstrated that the measurement error of the sample diameter by the coordinate field was 0.02 mm at the instance of destruction. In order to improve the measurement precision, an increase in the recording frequency in proportion to increase in strain rate was proposed, as well as measuring the surface coordinates from both sides of the sample. It is also possible to supplement the strain curves obtained by DIC optical systems with the measurements of true fracture stress, and the true fracture strain determined by calculations on the destructed sample. The presented methods of analysis of plastic flow by direct measurement of field displacements and strains allow actual regularities between true stresses and strains at the interval of irregular plastic strain to be established. This cannot be achieved by analytical conversion of conventional curve. The obtained hardening coefficients and strain curves can be used for simulation and design of machinery structures and parts.Приведены особенности определения диаграмм деформирования в координатах «истинное напряжение – истинная деформация» на образцах круглого сечения из алюминиевого сплава системы Al–Cu–Mg–Zn. Выполнено сравнение расчетных и экспериментальных методов определения истинных напряжений и деформаций. Расчетные методы, основанные на применении условия постоянства объема, могут не отражать действительных закономерностей деформирования на этапе локализации деформации в материале исследуемого образца, в то время как использование систем корреляции цифровых изображений (КЦИ) позволяет проводить измерения как геометрических размеров деформируемого образца, так и полей деформаций на его поверхности, в том числе непосредственно в шейке образца. Показано, что ошибка измерения диаметра образца по полю координат в момент разрушения составила 0,02 мм. С целью повышения точности измерения предложено увеличение частоты съемки пропорционально возрастанию скорости деформирования, а также проведение измерения координат поверхности с двух сторон образца. Также возможно дополнять полученные с помощью оптических систем КЦИ кривые деформирования результатами измерения истинного разрушающего напряжения и истинной разрушающей деформацией, определенными расчетным способом по разрушенному образцу. Представленные способы исследования пластического течения материала непосредственным измерением полей перемещений и деформаций позволяют устанавливать действительные закономерности между истинными напряжениями и деформациями на участке неравномерного пластического деформирования, чего достичь аналитическим пересчетом условной диаграммы невозможно. Полученные коэффициенты упрочения и кривые деформирования могут быть использованы при моделировании и проектировании конструкций и деталей машин
Утилизация сульфидно-мышьяковистого кека
Get PDFWhen processing sulfide copper-zinc concentrates at copper smelters, sulfide-arsenic cakes are formed, which are subject to disposal. To solve the global environmental problem of arsenic in the metallurgical and mining industries, it must be reliably concentrated and fixed in technological flows with subsequent waste disposal. The fusion of arsenic cake with elemental sulfur leads to the formation of vitreous sulfides, which are less toxic in comparison with dispersed powdered cake, homogeneous and compact in shape. The fusion product is represented by non-stoichiometric arsenic sulfide, similar in composition to As2S5. The high chemical stability of glassy arsenic sulfides is confirmed by the results of leaching by TCLP method. The fusion products have 100 times lower solubility compared to the initial cake. Achieving the solubility of arsenic in the alloy below the threshold concentration (5 mg/dm3 ) makes it possible to recommend the disposal of arsenic cake by fusing it with elemental sulfur. The fusion products belong to non-hazardous waste and are suitable for long-term storage. The composition and structure of cake fusions with iron powder have been studied. New compounds of variable composition were identified in the fused samples: arsenides and sulfides of iron, arsenic sulfides and arsenopyrites. Studies have shown that the products of fusion with iron have a solubility 10–15 times lower than the arsenic compounds in the initial cake but above the threshold concentration as per TCLP method. Therefore, fusion with iron cannot be recommended for practical use for the disposal of arsenic cakes.При переработке сульфидных медно-цинковых концентратов на медеплавильных заводах образуются сульфидномышьяковистые кеки, подлежащие утилизации. Для решения глобальной экологической проблемы мышьяка в металлургической и горнодобывающей отраслях промышленности он должен быть надежно сконцентрирован и иммобилизован в технологических потоках с последующим удалением отходов. Сплавление мышьяковистого кека с элементной серой приводит к образованию стекловидных сульфидов, которые менее токсичны в сравнении с дисперсным порошкообразным кеком, однородны и обладают компактной формой. Продукт сплавления представлен нестехиометрическим сульфидом мышьяка, близким по составу к As2S5. Высокая химическая устойчивость стеклообразных сульфидов мышьяка подтверждается результатами выщелачивания по методике TCLP. Продукты сплавления имеют в 100 раз меньшую растворимость по сравнению с исходным кеком. Достижение растворимости мышьяка в сплаве ниже пороговой концентрации (5 мг/дм3 ) позволяет рекомендовать утилизацию мышьяковистого кека способом сплавления его с элементной серой. Продукты сплавления относятся к неопасным отходам и пригодны для длительного хранения. Изучены состав и структура сплавов кека с железным порошком. В сплавленных образцах выявлены новые соединения переменного состава: арсениды и сульфиды железа, сульфиды мышьяка и арсенопириты. Исследования показали, что продукты сплавления с железом обладают растворимостью в 10–15 раз меньшей, чем соединения мышьяка в исходном кеке, но выше пороговой концентрации по методике TCLP. Поэтому сплавление с железом не может быть рекомендовано к практическому использованию для утилизации мышьяковистых кеков
Получение металлических порошков никеля и кобальта в автоклавных условиях
Get PDFThis paper presents the results of studies on the reduction of dispersed cobalt and nickel metal powders from their salts in ammonia-alkaline aqueous solutions under hydrothermal autoclave conditions. A unified and environmentally friendly method for producing these powders has been developed. Hydrazine hydrate, with a 25–50 % excess of the stoichiometric ratio, was used as a reducing agent. This choice allows for obtaining metal phases that are chemically uncontaminated by decomposition products. The experiments determined the conditions for the quantitative reduction of cobalt (II) and nickel (II) ions from ammonia-alkaline aqueous solutions. The synthesis temperature for the dispersed phases ranged from 110 to 155 °C. It has been demonstrated that under the conditions used, the process is completed quantitatively within 60 min. Metal concentrations in the solutions were determined using atomic absorption spectroscopy. The results of the X-ray phase analysis confirm that cobalt forms in the HCP lattice, while nickel forms in the FCC lattice. No other phases, including X-ray amorphous phases, were observed. It was found that with an increase in the hydrothermal synthesis temperature from 110 to 155 °C, the specific surface area of cobalt increased by more than 1.5 times, and that of nickel black powders increased by approximately 2 times. Scanning electron microscopy revealed that cobalt is formed in the shape of lamellar particles with a lateral size of about 500 nm and a thickness of 50 nm, which aggregate into fractal structures. Nickel is represented by spherical particles arranged in chain-like structures. Using X-ray photoelectron spectroscopy, it was determined that the surface of the materials is covered with oxidized forms. The surface atomic concentration of cobalt (0) was approximately 2 %, while that of nickel (0) was about 25 %. Представлены результаты исследований восстановления дисперсных металлических порошков кобальта и никеля из аммиачно-щелочных водных растворов их солей в гидротермальных автоклавных условиях. Отработана унифицированная, экологически безопасная методика получения этих порошков. В качестве восстановителя применяли гидрат гидразина с 25–50 %-ным избытком от стехиометрического соотношения, который позволяет получать металлические фазы, химически не загрязненные продуктами разложения. В результате экспериментов установлены условия количественного восстановления ионов кобальта (II) и никеля (II) из аммиачно-щелочных водных растворов. Температуру синтеза дисперсных фаз варьировали в диапазоне от 110 до 155 °С. Показано, что в использованных режимах проведения процесс количественно завершается в течение 60 мин. Концентрации металлов в растворах определяли методами атомно-абсорбционной спектроскопии. Результаты рентгенофазового анализа подтвердили, что кобальт формируется в ГПУ-, а никель – в ГЦК-решетке, другие фазы, включая рентгеноаморфные, отсутствуют. Установлено, что с ростом температуры гидротермального синтеза от 110 до 155 °С удельная площадь поверхности кобальта увеличивается более чем в 1,5 раза, а порошков никелевой черни – примерно в 2 раза. Сканирующей электронной микроскопией показано, что кобальт формируется в виде пластинчатых частиц латеральным размером около 500 нм и толщиной 50 нм, которые агрегированы во фрактальные структуры. Никель представлен частицами сферической формы, упорядоченными в цепочкоподобные структуры. Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии установлено, что поверхность материалов покрыта окисленными формами. Поверхностная атомная концентрация кобальта (0) составила порядка 2 %, а никеля (0) – около 25 %.
Жидкофазное получение методом СВС и термическая обработка композитов на основе алюминиево-магниевых сплавов, упрочненных высокодисперсной фазой карбида титана
Get PDFAluminum matrix composites reinforced with ultra-fine refractory titanium carbide feature a unique combination of properties. They are promising structural materials. Self-propagating high-temperature synthesis (SHS) is an affordable and energy-saving composite making process. It involves the exothermic reaction between titanium and carbon (or their compounds) directly in the melt. We studied the properties of SHS composites based on the AMg2 and AMg6 commercially available alloys reinforced with 10 wt.%TiC. We investigated the macroand microstructure of the samples with XRD and EDS analysis. It was found that the β-phase is separated from α-solid solution of aluminum as early as the air cooling stage. We conducted experiments aimed at studying the effects of additional heating on the sample structure and properties and found the optimal temperature and time values. We also proposed a phenomenological model of the structural transformation sequence. We compared the physical, mechanical, and manufacturing properties and corrosion resistance of the original cold-hardened AMg2N and AMg6N alloys and the composites before and after heat treatment. It was found that additional heating reduces porosity and maintains electrical conductivity. It was also found that the compressive strength and relative strain of the composite based on the AMg2 alloy change insignificantly, while for the AMg6-based composite the reduction is more significant. Heat treatment increases the composite hardness while maintaining sufficient plastic deformation. It is confirmed by the measured values of the relative strain and the reduction ratio close to that of the original matrix alloys. It was also found that the composites retain high resistance to carbon dioxide and hydrogen sulfide corrosion.Алюмоматричные композиционные материалы, дисперсно-упрочненные тугоплавкой фазой карбида титана, характеризуются уникальным сочетанием свойств и относятся к группе перспективных конструкционных материалов. Одним из наиболее доступных и энергосберегающих методов их получения является самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), основанный на экзотермическом взаимодействии титана и углерода (или их соединений) непосредственно в расплаве. В работе приводятся результаты СВС композиционных материалов на основе промышленных сплавов АМг2H и АМг6H, упрочненных 10 мас.%TiC. Исследованы макро и микроструктура полученных образцов, проведены микрорентгеноспектральный и рентгенофазовый анализы. Установлено, что уже в процессе охлаждения на воздухе после синтеза происходит выделение β-фазы из α-твердого раствора алюминия. Проведены эксперименты по изучению влияния дополнительного нагрева на структуру и свойства образцов, определены оптимальные температурно-временные параметры, предложена феноменологическая модель последовательности структурных превращений. Выполнен сравнительный анализ физических, механических, технологических свойств и коррозионной стойкости исходных сплавов АМг2H и АМг6H в нагартованном состоянии и композиционных материалов на их основе до и после термической обработки. Установлено, что проведение дополнительного нагрева способствует снижению пористости и сохранению уровня электропроводности относительно этих показателей для литых композитов. Выявлено, что прочность на сжатие и относительная деформация для композита на основе сплава АМг2 изменяются незначительно, тогда как для материала на основе АМг6 их падение более существенно. При этом термическая обработка позволяет повысить твердость материалов, сохранив достаточную способность композитов к пластической деформации, что подтверждается значениями степени деформации и коэффициента уковки, близкими к уровню матричных сплавов. Также установлено, что синтезированные композиционные материалы сохраняют высокий уровень устойчивости к углекислотной и сероводородной коррозии
Исследование литейных, механических, коррозионных свойств и пожароопасности магниевых сплавов МЛ-ОПБ и EWZ43
Get PDFMagnesium alloys are usually considered as structural materials when the weight reduction is important - in aircraft and space industry for example. In recent years, there has been an increase in the use of new generation ignition-proof high-strength magnesium alloys in the design of aircraft parts. The properties of new ignition-proof casting magnesium alloys ML-OPB (Mg–6.7Y–2.6Zn–0.5Zr–0.35Ce– 0.35Yb; wt.%) and EWZ43 (Mg–3.8Y–4.4Nd–0.6Zr–0.6Zn; wt.%) were investigated and compared with properties of commercial magnesium alloys. The microstructure of investigated alloys in the as-cast condition comprises of a magnesium solid solution and a significant amount of eutectic. Heat treatment according to the T6 mode results in change in the eutectic phase’s morphology and also to their partial dissolution in the magnesium matrix. Long-term high-temperature holding, simulating operating conditions (500 h at 300 °C), leads to the formation of precipitates along the grain boundaries in both alloys, significantly reducing the mechanical properties. During the oxidation of the samples, it was established that the main components that involved into the oxide film and provides the protective properties of the alloys is Y, Nd and Yb. The investigated alloys have a high strength, which is not lower than that of the ML10 alloy. At the same time, the advantage of the ML-OPB alloy is a high elongation at fracture, while the EWZ43 alloy is characterized by high strength. The corrosion rate of the investigated alloys exceeds the corrosion rate of known commercial ML10 and AZ91 alloys, which implies the need for additional protection against corrosion of investigated alloys. At the same time, the castability of ML-OPB and EWZ43 alloys is no lower than that of most commercial magnesium alloys. An oxide film with high Y content and high protective properties is formed when the alloys interact with the sand mold bonded with furan resin. The ignition temperature of the investigated alloys is 100–150 °C higher than that of the ML10 alloy. The flammability test of alloys in the flame of a gas burner, made on cone samples and typical aircraft castings «bracket», showed that ML-OPB and EWZ43 alloys are almost non-flammable under the conditions of experiment.Магниевые сплавы как конструкционные материалы обычно рассматриваются в тех случаях, когда снижение массы имеет важнейшее значение, например в авиации и космонавтике. В последние годы наблюдается расширение применения пожаробезопасных высокопрочных магниевых сплавов нового поколения в конструкциях авиационных изделий. В работе были изучены свойства новых пожаробезопасных литейных магниевых сплавов МЛ-ОПБ (Mg–6,7Y–2,6Zn–0,5Zr– 0,35Ce–0,35Yb) и EWZ43 (Mg–3,8Y–4,4Nd–0,6Zr–0,6Zn) и выполнено их сравнение с промышленными магниевыми сплавами. Микроструктура исследуемых сплавов в литом состоянии представляет собой магниевый твердый раствор и значительное количество эвтектики. Термическая обработка по режиму Т6 приводит к изменению морфологии фаз в эвтектике, а также их частичному растворению в магниевой матрице. В результате длительной высокотемпературной выдержки, имитирующей условия эксплуатации (500 ч при 300 °С), происходит формирование выделений по границам зерен в обоих сплавах, которые значительно снижают механические свойства. Было установлено, что при окислении образцов основными компонентами, переходящими в оксидную плену и обеспечивающими защитные свойства сплавов, являются Y, Nd и Yb. Рассматриваемые сплавы обладают высокими прочностными свойствами, которые не ниже, чем у сплава МЛ10. При этом преимуществом сплава МЛ-ОПБ является высокое относительное удлинение, а для сплава EWZ43 характерна высокая прочность. Скорость коррозии этих сплавов выше, чем у известных промышленных сплавов МЛ10 и МЛ5, из чего следует, что исследуемые сплавы требуют дополнительной защиты от коррозии. При этом литейные свойства сплавов МЛ-ОПБ и EWZ43 оказались не ниже, чем у наиболее распространенных магниевых сплавов. При взаимодействии сплавов с формой из холодно-твердеющей смеси формируется оксидная плена с высоким содержанием Y и хорошими защитными свойствами. Температура возгорания изученных сплавов оказалась на 100–150 °С выше, чем у сплава МЛ10. Испытание сплавов в пламени газовой горелки на конусных образцах и типовых авиационных отливках типа «кронштейн» показало, что сплавы МЛ-ОПБ и EWZ43 практически не горят в условиях эксперимента