Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy / Известия вузов. Цветная металлургия
Not a member yet
659 research outputs found
Sort by
Обеспечение прочности сварных соединений при лазерной сварке жаропрочного дисперсионно-твердеющего никелевого сплава ЭП693
No full textThe paper considers the process of creating a permanent connection from the EP693 heat-resistant alloy of the Ni-Cr-W-Co-Mo system used in the manufacture of components and parts of gas turbine engines by welding on the TruLaser Cell 7020 CO2 complex with pulse-periodic radiation. EP367 filler wire of the Ni—Mo—Cr—Mn system was used to obtain the weld. The influence of heat treatment on the structure and properties of the heat-affected zone and the weld was studied. Based on the research results, the weld structure and kinks obtained by laser welding was studied, weld physical and mechanical properties were identified, the maximum endurance limit for welded joints was determined at 2•106 cycles. The expediency of laser welding of the heat-resistant dispersion-hardening nickel alloy in the manufacture of shells for the turbine support and stator of gas turbine engines was determined. It was found that combined heat treatment (quenching and aging) provides optimal values of strength limits at room and elevated temperatures, as well as short-term strength of welded joints. Based on the strength calculation of the turbine support and stator of gas turbine engines and the obtained experimental data on the strength of welded joints made using laser welding with pulse-periodic radiation, the safety factor was 1.35 to 3.0. This technology is proposed to be introduced into production in the manufacture of parts and assemblies such as shells for the turbine support and stator of gas turbine engines in order to improve the quality of welds by reducing the time of high-temperature heating due to lower heat input.Рассмотрен процесс создания неразъемного соединения из жаропрочного сплава марки ЭП693 системы Ni—Cr—W—Co—Mo, применяемого в производстве узлов и деталей газотурбинных двигателей, с помощью лазерной сварки на СО2-комплексе «TruLaser Cell 7020» импульсно-периодическим излучением. Для получения сварного шва использована присадочная проволока ЭП367 системы Ni—Mo—Cr—Mn. Изучено влияние термической обработки на структуру и свойства околошовной зоны и сварного шва. По результатам исследований проведен анализ структуры сварного соединения и его изломов, выполненных лазерной сваркой, получены физико-механические свойства сварного шва, определен наибольший предел выносливости для сварных соединений при 2•106 циклах. Определена целесообразность использования лазерной сварки жаропрочного дисперсионно-твердеющего никелевого сплава при изготовлении обечаек опоры и статора турбины газотурбинного двигателя. Установлено, что комплексная термическая обработка (закалка и старение) обеспечивает оптимальные значения пределов прочности при комнатной и повышенной температурах, а также кратковременную прочность сварных соединений. На основании прочностного расчета по обечайкам опоры и статора турбины газотурбинного двигателя и полученным экспериментальным данным прочности сварных соединений, выполненных при помощи лазерной сварки с импульсно-периодическим излучением, коэффициент запаса прочности составил от 1,35 до 3,0. Данная технология предлагается к внедрению в производство при изготовлении деталей и узлов типа обечаек опоры и статора турбины газотурбинных двигателей с целью повышения качества сварных швов при сокращении времени высокотемпературного нагрева за счет снижения погонной энергии
Разработка технологии получения титансодержащей прутковой лигатуры для модифицирования алюминиевых сплавов
No full textThe paper provides the results of experimental studies on the development of a method for obtaining titanium-containing bar ligature, the study of its structure and modifying ability. The distinctive features of the new technology are the use of titanium sponge and/or titanium shavings as titanium raw materials, the primary alloying of aluminum with titanium, and then boron, titanium introduction in two stages: initially, 2/3 of titanium metal raw materials are dissolved in the aluminum melt, and the remaining amount is introduced after the potassium tetrafluoroborate reduction. Titanium sponge pre-impregnation with halide-containing flux and the use of a briquetted KBF4 + Al-powder mixture are also provided. The experimental technology for Al–Ti–B melt preparation is described, titanium and boron extraction into the ligature is calculated, ligature microstructure is investigated, and chemical and molecular compositions of resulting slags are determined. Deformation processing for bar ligature production was carried out by the method of direct extrolling that smoothed over cast structure defects. It was found that the use of high-speed crystallization-deformation in the combined direct extrolling process makes it possible to obtain alloying bars of a given diameter at minimal energy consumption with the required set of mechanical and operational properties. A quantitative modifying ability assessment of the experimental cast-iron ligature and the deformed cast-iron rod obtained by the direct extrolling method was carried out in comparison with the mass-produced cast-iron ligature produced by KBM Affilips (the Netherlands/Belgium). Based on theoretical and experimental studies, the composition and technology for producing Al–Ti–B modifying ligature using titanium sponge and/or shavings and potassium tetrafluoroborate containing 3.0±0.3 % titanium and 1.0±0.2 % boron as alloying additives have been developed that meet the aluminum ligature composition requirements.Приведены результаты экспериментальных исследований по разработке метода получения титансодержащей прутковой лигатуры, изучению ее структуры и модифицирующей способности. Отличительные особенности новой технологии заключаются в использовании в качестве титанового сырья титановой губки и/или титановой стружки, первоочередном легировании алюминия титаном, а затем бором, введении титана в два этапа: первоначально в расплаве алюминия растворяют 2/3 металлического титанового сырья, а оставшееся количество вводят после восстановления тетрафторбората калия. Также предусматрены предварительная пропитка титановой губки галогенидсодержащим флюсом и использование брикетированной смеси KBF4 + Al-порошок. Приводится описание экспериментальной технологии приготовления расплава лигатуры Al–Ti–B, рассчитано извлечение титана и бора в лигатуру, исследована ее микроструктура, определены химический и молекулярный составы образовавшихся шлаков. Деформационная обработка для получения прутковой лигатуры осуществлялась методом бесслитковой прокатки–прессования (БПП), что позволило нивелировать дефекты литой структуры. Установлено, что применение высокоскоростной кристаллизации–деформации при реализации совмещенного процесса БПП позволяет получать лигатурные прутки заданного диаметра при минимальных энергозатратах с требуемым комплексом механических и эксплуатационных свойств. Проведена количественная оценка модифицирующей способности опытной лигатуры в литом состоянии и лигатурного прутка, полученного методом БПП, в деформированном состоянии в сравнении с серийно выпускаемой прутковой лигатурой производства «KBM Affilips» (Нидерланды/Бельгия). На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны состав и технология получения модифицирующей лигатуры Al–Ti–B с использованием в качестве легирующих добавок титановой губки и/или стружки и тетрафторбората калия с содержанием 3,0±0,3 % титана и 1,0±0,2 % бора, что соответствует требованиям, предъявляемым к составу лигатур для алюминия
Модифицирование литейных алюминиевых сплавов системы Al–Mg–Si обработкой жидкой фазы наносекундными электромагнитными импульсами
Get PDFThe AA 511 alloy of the Al–Mg–Si system was used as an example to demonstrate that aluminum melt irradiation with nanosecond electromagnetic pulses (NEPs) leads to a significant change in the nature of structure formation during crystallization. It was found that an increase in the frequency of melt irradiation with NEPs is accompanied by the refinement of the alloy structural components, while the greatest grain size reduction of the α-solid solution and intergranular inclusions of the eutectic Mg2Si phase is observed at a NEPs frequency f = 1000 Hz. An increase in the NEPs frequency leads to a significant increase in the concentration of magnesium in the α-solid solution and the fragmentation of Mg2Si phase intergranular inclusions, which is released in the form of compact isolated inclusions when the melt is irradiated at a frequency of 1000 Hz. It was shown that melt processing with NEPs leads to an increase in the Brinell hardness of as-cast specimens, as well as to a significant increase in the microhardness of α-solid solution grains (from 38.21 HV in the initial state to 61.85 HV after irradiation with a frequency of 1000 Hz). It was assumed that the effect of a pulsed electromagnetic field leads to a decrease in the critical values of the Gibbs free energy required to initiate nucleation processes, and to a decrease in the surface tension at the «growing crystal – molten metal» interface, which causes a modifying effect on the alloy structure due to a decrease in the critical size of crystal nuclei.На примере сплава АА 511 системы Al–Mg–Si показано, что облучение алюминиевых расплавов наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) приводит к существенному изменению характера структурообразования при кристаллизации. Установлено, что повышение частоты облучения расплавов НЭМИ сопровождается измельчением структурных составляющих сплава и перераспределением в них легирующих элементов. При этом наибольшая степень уменьшения размеров зерен α-твердого раствора и межзеренных включений эвтектической фазы Mg2Si наблюдается при частоте НЭМИ f = 1000 Гц. Повышение частоты НЭМИ приводит к значительному увеличению концентрации магния в α-твердом растворе и фрагментации межзеренных включений фазы Mg2Si, которая при облучении расплава с f = 1000 Гц выделяется в форме компактных изолированных включений. Показано, что обработка расплавов НЭМИ приводит к повышению твердости (по Бринеллю) образцов в литом состоянии, а также к увеличению микротвердости зерен α-твердого раствора (с 38,21 HV в исходном состоянии до 61,85 HV после облучения с частотой 1000 Гц). Было сделано предположение, что воздействие импульсного электромагнитного поля приводит к понижению критических значений свободной энергии Гиббса, необходимых для инициации процессов зародышеобразования, и снижению поверхностного натяжения на границах раздела «растущий кристалл – металлический расплав», что обусловливает модифицирующее воздействие на структуру сплава за счет уменьшения критического размера зародышей кристаллизации
Структура и механические свойства эвтектического алюминиевого сплава Al–Ca–Mn–Fe–Zr–Sc после теплого равноканального углового прессования
No full textMulticomponent eutectic alloys developed in recent years based on the Al–Ca system have high practical application prospects due to their low density, high corrosion resistance, good processability when casting, and high formability in the as-annealed state. Alloy hardening is achieved by doping with Mn, Fe, Zr, Sc and other elements. Obtaining an ultrafine-grained state in aluminum alloys by the methods of severe plastic deformations, e.g. equal channel angular pressing (ECAP), significantly increases the complex of their mechanical properties. In this regard, the purpose this paper was aimed to study the effect of warm ECAP on the structure, mechanical properties and thermal stability of the eutectic aluminum alloy, wt.%: Al–3.5Ca–0.9Mn–0.5Fe–0.1Zr–0.1Sc. The ECAP process was carried out on as-cast alloy specimens with a diameter of 20 mm (temperature 400 °C, route BC, channel intersection angle 110°, number of passes N = 6). It is shown that as a result of ECAP, a developed substructure with high-density dislocations and released nanosized Al6(Mn, Fe), and Al3Sc particles is formed in the alloy, as well as primary coarse Al6(Mn, Fe) particles and eutectic Al4Ca particles are reduced in size. Such a change in the structure during ECAP leads to the significant hardening of the alloy: its strength properties increased by 1.5–2.0 times, and relative elongation decreased by 1.3 times in the longitudinal section sample and slightly changed in the «transverse» section sample as compared to the initial condition.Разработанные в последние годы многокомпонентные эвтектические сплавы на основе системы Al–Ca перспективны для практического применения, так как обладают малой плотностью, высокой коррозионной стойкостью, они высокотехнологичны при литье, а в отожженном состоянии легко деформируются. Упрочнение сплавов достигается при их легировании Mn, Fe, Zr, Sc и другими элементами. Получение в алюминиевых сплавах ультрамелкозернистого состояния методами больших пластических деформаций, например равноканальным угловым прессованием (РКУП), существенно повышает комплекс их механических свойств. В связи с этим целью данной работы было изучение влияния теплого РКУП на структуру, механические свойства и термическую стабильность эвтектического алюминиевого сплава, мас.%: Al–3,5Ca–0,9Mn– 0,5Fe–0,1Zr–0,1Sc. Процесс РКУП осуществляли на образцах сплава в литом состоянии диаметром 20 мм (температура 400 °С, маршрут BC, угол пересечения каналов 110°, число проходов N = 6). Показано, что в результате РКУП в сплаве формируется развитая субструктура с высокой плотностью дислокаций и выделением наноразмерных частиц Al6(Mn, Fe) и Al3Sc, а также происходит измельчение первичных крупных частиц Al6(Mn, Fe) и эвтектических частиц Al4Ca. Такое изменение структуры в ходе РКУП приводит к существенному упрочнению сплава: его прочностные свойства увеличились в 1,5–2,0 раза, а относительное удлинение уменьшилось в 1,3 раза в образце продольного сечения и слабо изменилось в образце поперечного сечения по сравнению с исходным состоянием
Исследование кинетики процесса получения нанопорошка кобальта водородным восстановлением в изотермических условиях
No full textThe kinetics of metallic cobalt nanopowder synthesizing by hydrogen reduction from Co(OH)2 nanopowder under isothermal conditions were studied. Co(OH)2 nanopowder was prepared in advance by chemical deposition from aqueous solutions of Co(NO3)2 cobalt nitrate (10 wt.%) and NaOH alkali (10 wt.%) at room temperature, pH = 9 under continuous stirring. The hydrogen reduction of Co(OH)2 nanopowder under isothermal conditions was carried out in a tube furnace in the temperature range from 270 to 310 °C. The crystal structure and composition of powders was studied by X-ray phase analysis. The specific surface area of samples was measured using the BET method by low-temperature nitrogen adsorption. The average particle size of powders was determined by the measured specific surface area. Particles size characteristics and morphology were investigated by transmission and scanning electron microscopes. Kinetic parameters of Co(OH)2 hydrogen reduction under isothermal conditions were calculated using the Gray–Weddington model and Arrhenius equation. It was found that the rate constant of reduction at t = 310 °C is approximately 1.93 times higher than at 270 °C, so the process accelerates by 1.58 times for 40 min of reduction. The activation energy of cobalt nanopowder synthesizing from Co(OH)2 by hydrogen reduction is ~40 kJ/mol, which indicates a mixed reaction mode. It was shown that cobalt nanoparticles obtained by the hydrogen reduction of its hydroxide at 280 °C are aggregates of equiaxed particles up to 100 nm in size where individual particles are connected to several neighboring particles by contact isthmuses.Проведено изучение кинетики процесса получения нанопорошка металлического кобальта водородным восстановлением нанопорошка Co(OH)2 при изотермических условиях. Нанопорошок Co(OH)2 заранее получали химическим осаждением из водных растворов нитрата кобальта Со(NO3)2 (10 мас.%) и щелочи NaOH (10 мас.%) при комнатной температуре, рН = 9 и непрерывном перемешивании. Процесс водородного восстановления нанопорошка Co(OH)2 при изотермических условиях про- водили в трубчатой печи в интервале температур от 270 до 310 °С. Исследование кристаллической структуры и состава порошков выполняли методом рентгенофазового анализа. Удельную поверхность образцов измеряли методом БЭТ по низкотемпературной адсорбции азота. Средний размер частиц порошков рассчитывали по данным измерения величины удельной поверхности. Размерные характеристики и морфологию частиц изучали на просвечивающем (ПЭМ) и сканирующем (СЭМ) электронных микроскопах. Расчет кинетических параметров процесса водородного восстановления Co(OH)2 при изотермических условиях проводили с помощью модели Грея–Веддингтона и уравнения Аррениуса. Установлено, что константа скорости восстановления при температуре 310 °C примерно в 1,93 раза больше, чем в случае 270 °С, – соответственно за 40 мин восстановления процесс ускоряется в 1,58 раза. Энергия активации процесса получения нанопорошка кобальта водородным восстановлением Co(OH)2 равна ~40 кДж/моль, что свидетельствует о смешанном режиме реагирования. Показано, что наночастицы кобальта, полученные водородным восстановлением его гидроксида при температуре 280 °С, представляют собой агрегаты частиц равноосной формы, размер которых достигает 100 нм, отдельные частицы соединены с несколькими соседними частицами контактными перешейками
Исследование напряженно-деформированного состояния и трансформации микроструктуры медных электротехнических шин в очаге деформации при непрерывном прессовании
No full textThe paper describes an extensive study of features peculiar to physical and mechanical processes occurring in metal in the deformation zone during the continuous extrusion of Cu-ETP rectangular busbars 10×60 mm in size. Finite element computer simulation was used to obtain the values of extrusion power parameters. It was noted that moment and force values increase to the point of filling the press chamber free space with metal reaching a maximum of 12.26 kN·m and 1.54 MN, respectively. The stress-strain state analysis of metal in the deformation zone made it possible to obtain distribution fields of accumulated plastic strain, strain rate intensity and average stresses, and to build the graph of metal temperature variation over time during extrusion. Maximum levels of accumulated plastic strain and compressive stresses are observed in the contact zone of the workpiece with the press container abutment. The most intense metal deformation heating also occurs there. The comparison of modeling and microstructural study results indicate that a significant portion of the cast structure grinding work occurs at the entrance to the deformation zone and at the abutment zone subjected to the highest level of compression stresses. Metal deformation during the die passage leads to an oriented crystal structure formed with a grain size of 25–30 μm. Sample hardness measurement results are consistent with the results of structure analysis in the studied areas of the deformation zone. When the workpiece passes through the compression container abutment section, deformation heating occurs, which leads to a decrease in hardness from 93 to 67 HV. After the metal passes through the die, recrystallization processes continue in it leading to a slight increase in grain size and, accordingly, a decrease in hardness from 79 to 74 HV, which continues until the busbar contacts a cooling medium.Выполнено комплексное исследование особенностей протекания физико-механических процессов в металле в очаге деформации при непрерывном прессовании прямоугольных шин размером 10×60 мм из меди М1б. С применением компьютерного моделирования по методу конечных элементов получены значения энергосиловых параметров процесса экструдирования. Отмечено, что рост значений момента и усилия происходит вплоть до заполнения металлом пространства пресс-камеры, достигая максимумов 12,26 кН·м и 1,54 МН соответственно. В результате анализа напряженно-деформированного состояния металла в очаге деформации получены поля распределений накопленной степени деформации, интенсивности скоростей деформации и средних напряжений, а также построен график изменения температуры металла во времени в процессе экструдирования. Наибольший уровень накопленной степени деформации и сжимающих напряжений наблюдается в зоне контакта заготовки с упором пресс-контейнера. Там же отмечается наиболее интенсивный деформационный разогрев металла. Сопоставление результатов моделирования и микроструктурного исследования свидетельствует о том, что значительная часть работы по измельчению литой структуры происходит на входе в очаг деформации и в области упора, где действует наивысший уровень напряжений сжатия. Деформация металла при прохождении матрицы приводит к формированию ориентированной кристаллической структуры с размером зерен 25–30 мкм. Результаты измерения твердости образцов хорошо согласуются с результатами анализа структуры в исследованных областях очага деформации. При прохождении заготовки участка упора пресс-контейнера происходит деформационный разогрев, что приводит к снижению твердости с 93 до 67 HV. После прохождения металла через матрицу в нем про- должаются процессы рекристаллизации, приводящие к незначительному росту размеров зерен и, соответственно, снижению твердости с 79 до 74 HV, продолжающемуся до момента контакта шины с охлаждающей средой
Сравнительный анализ влияния добавок Ni, Mn, Fe и Si на микроструктуру и фазовый состав заэвтектических алюминиево-кальциевых сплавов
No full textA comparative analysis of the phase composition and morphology of primary crystals in hypereutectic alloys of the Al–Ca–Ni–X system (where X is Fe, Si, Mn) was carried out by calculation and experimental methods, including the construction of liquidus surfaces. Additional alloying of the base Al–6%Ca–3%Ni alloy with iron and silicon leads to the formation of coarse elongated primary crystals up to 100 μm in length. It was found that the addition of manganese, on the contrary, leads to the formation of relatively small (average size about 20 μm) compact primary crystals of two four-component phases. Presumably, they are phases based on ternary compounds Al9CaNi and Al10CaMn2. The composition of eutectics in quaternary alloys has been determined. All aluminum-calcium eutectics are characterized by a higher proportion of the second phases, a thinner structure compared to the aluminum-silicon eutectic in AK18 silumin, and are also capable of spheroidization upon heating, starting from 500 °C. The combination of compact and spherical particle morphology after annealing in the 63-2Mn alloy appears to be favorable for deformation. Comparison of the manufacturability of the experimental alloy Al–8%Ca–1%Ni–2%Mn and the grade silumin AK18 showed the advantage of the former. In terms of the totality of its characteristics, the experimental alloy can be considered as the basis for the development of hypereutectic alloys of a new generation as an alternative to piston silumins of the AK18 type. The experimental alloy, the microstructure of which is characterized by a compact morphology and small size of primary crystals and a fine structure of the eutectic, in contrast to hypereutectic silumins, does not require special modification.Расчетными и экспериментальными методами, включая построение поверхностей ликвидуса, проведен сравнительный анализ фазового состава и морфологии первичных кристаллов в заэвтектических сплавах системы Al–Ca–Ni–X (где Х – Fe, Si, Mn). Показано, что дополнительное легирование базового сплава Al–6%Ca–3%Ni железом и кремнием приводит к формированию грубых вытянутых первичных кристаллов размером до 100 мкм в длину. Установлено, что добавка марганца, напротив, приводит к образованию сравнительно небольших (около 20 мкм) компактных первичных кристаллов двух 4-компонентных фаз – предположительно на основе тройных соединений Al9CaNi и Al10CaMn2. Определен состав эвтектик в четверных сплавах. Все алюминиево-кальциевые эвтектики характеризуются повышенной долей вторых фаз и более тонким строением по сравнению с алюминиево-кремниевой эвтектикой в силумине АК18, а также способностью к сфероидизации при нагреве начиная с 500 °С. Сочетание компактной и сферической морфологий частиц после отжига в сплаве 63-2Mn представляется благоприятным для деформации. Сравнение технологичности экспериментального сплава Al–8%Ca–1%Ni–2%Mn и марочного силумина АК18 показало преимущество первого. По совокупности характеристик он может рассматриваться в качестве основы для разработки заэвтектических сплавов нового поколения как альтернативы поршневым силуминам типа АК18. Экспериментальный сплав, микроструктура которого характеризуется компактной морфологией, малыми размерами первичных кристаллов и тонким строением эвтектики, в отличие от заэвтектических силуминов не требует специального модифицирования
Экспериментальное изучение единичных треков, полученных из смеси порошков Ti и Al при варьируемых параметрах процесса селективного лазерного плавления
Get PDFThe paper studies the effect of the laser scanning speed (vs) on the morphology of single tracks obtained from a mixture of Ti and Al powders in a stoichiometric ratio of 1 : 1 in longitudinal and cross sections. Droplets of splashed liquid were found on the outer surface of the track obtained at vs = 300 mm/s. Their appearance is resulted most likely from the release of gas bubbles formed due to the evaporation of aluminum having a lower melting point. A distortion of a single track along its length was observed with an increase in vs values up to 600 mm/s. It was found that tracks loose stability as the laser beam speed increases with «balls» formed on the track surface due to the significant Marangoni convection and the capillary liquid instability in the molten bath. An increase in the laser speed led to the appearance of pores mainly concentrated in the formed balls, and also influenced the track morphology in the cross section, namely, the width and height of the track, as well as the depth of substrate fusion. An increase in the scanning speed from 300 to 900 mm/s led virtually no substrate fusion, and the track width decreased from 194 to 136 μm, while its height increased almost 4 times – from 21 to 88 μm. X-ray microanalysis was conducted and element distribution maps were obtained to assess the structure of the tracks under study. It was found that the degree of liquid mixing in the molten bath is insufficient at scanning speeds of 300 and 600 mm/s, which leads to the segregation of elements over the track cross section. The central zone turns out to be enriched in aluminum, while titanium predominates at the base and is practically absent in the extreme zone (4.57 at.% Ti). X-ray microanalysis revealed the presence of unmelted titanium powder particles at vs = 900 mm/s. Presumably, it may be caused by insufficient laser power at such a high scanning speed.В ходе исследований изучено влияние скорости сканирования лазера (vс) на морфологию единичных треков, полученных из смеси порошков Ti и Al в стехиометрическом соотношении 1 : 1 в продольном и поперечном сечениях. На наружной поверхности трека, полученного при vс= 300 мм/с, были обнаружены капли выплеснувшейся жидкости, появление которых скорее всего было вызвано выбросом пузырьков газа, образовавшихся из-за испарения более легкоплавкого алюминия. С ростом значений vс до 600 мм/с наблюдалось искажение единичного трека по длине. Было установлено, что с увеличением скорости лазерного луча треки перестают быть стабильными, и из-за значительной конвекции Марангони и нестабильности капиллярной жидкости в расплавленной ванне по поверхности трека формируются «шарики». Повышение скорости лазера привело к появлению пор, которые в основном сконцентрированы в образовавшихся шариках, а также оказало влияние на морфологию трека в поперечном сечении, а именно – на ширину, высоту трека и глубину проплавления подложки. С увеличением скорости сканирования с 300 до 900 мм/с проплавления подложки практически не наблюдалось, ширина трека уменьшилась с 194 до 136 мкм, а его высота увеличилась почти в 4 раза – с 21 до 88 мкм. Для оценки структуры изучаемых треков был проведен микрорентгеноспектральный анализ (МРСА) и получены карты распределения элементов. Установлено, что при скоростях сканирования 300 и 600 мм/с перемешивание жидкости в ванне расплава происходит в недостаточной степени, что приводит к ликвации элементов по сечению треков. Центральная зона оказывается обогащеной алюминием, в то время как в основании преобладает титан, а в крайней зоне он практически отсутствует (4,57 ат.% Ti). При vс = 900 мм/с, по данным МРСА, наблюдалось наличие нерасплавившихся частиц порошка титана. Предположительной причиной этого может являться недостаточная мощность лазера при столь высокой скорости сканирования
Физико-химические закономерности автоклавного выщелачивания сульфидного цинкового концентрата в присутствии лигносульфоната
No full textThe study covers physical and chemical regularities of zinc sulfide concentrate oxygen pressure leaching in sulfuric acid. The effect of lignosulfonate concentration (CLSN = 0.2÷0.8 g/dm3), leaching time (τ = 20÷120 min), temperature (T = 393÷423 K), and oxygen partial pressure (РО2= 0.3÷0.7 MPa) on the degree of zinc and iron extraction into the solution and on the cake grain-size distribution was established. It was shown that lignosulfonate additive intensifies zinc and iron extraction into the solution. Maximum extraction of zinc and iron was 89 and 37 %, respectively, for 120 min of leaching at CLSN = 0.6÷0.8 g/dm3. The differential rate law with respect to lignosulfonate was 0.3 for sphalerite, and 0.9 for iron sulfides. A controversial influence of rising temperature on the process under investigation was found. Temperature elevation from 413 to 423 K leads to a decrease in zinc extraction by 3–4 % due to the formation of sulfur-sulfide aggregates over 150 μm in size. The calculated values of apparent activation energy (Еа) of sphalerite and iron sulfide leaching in the presence of lignosulfonate were 30 and 45 kJ/mole, respectively. It was found out that an increase in oxygen partial pressure from 0.3 to 0.5 MPa has a positive influence on leaching and increases extraction of zinc and iron by 22 and 27 %, respectively. However, an increase in oxygen partial pressure up to 0.7 MPa in the presence of lignosulfonate after 40 min of leaching led to a decrease in leaching rate, possibly as a result of lignosulfonate destruction. It was found that differential rate laws with respect to oxygen are 1.2 for sphalerite and 2.5 for iron sulfides.Изучены физико-химические закономерности автоклавного окислительного сернокислотного выщелачивания сульфидного цинкового концентрата. Установлено влияние концентрации лигносульфоната (СЛСН = 0,2÷0,8 г/дм3), продолжительности выщелачивания (τ = 20÷120 мин), температуры (Т = 393÷423 К) и парциального давления кислорода (РО2= 0,3÷0,7 МПа) на степень извлечения цинка и железа в раствор, а также на гранулометрический состав кеков. Показано, что введение ЛСН позволяет интенсифицировать процессы извлечения цинка и железа. За 120 мин выщелачивания при СЛСН = 0,6÷0,8 г/дм3 максимальное извлечение цинка составляет 89 %, железа – 37 %. Частный порядок реакции по лигносульфонату для сфалеритаравен 0,3, для сульфидов железа – 0,9. Выявлено неоднозначное влияние повышения температуры на исследуемый процесс. Увеличение температуры с 413 до 423 К приводит к снижению извлечения цинка на 3–4 % вследствие формирования серосульфидных агрегатов крупностью более 150 мкм. Рассчитаны величины кажущейся энергии активации (Еа) выщелачивания сфалерита и сульфидов железа в присутствии лигносульфоната – соответственно 30 и 45 кДж/моль. Обнаружено, что увеличение парциального давления кислорода с 0,3 до 0,5 МПа оказывает положительное влияние на выщелачивание и позволяет повысить извлечение в раствор цинка (на 22 %) и железа (на 27 %). Однако при повышении парциального давления кислорода до 0,7 МПа в присутствии ЛСН после 40 мин ведения процесса отмечалось снижение скорости выщелачивания сульфида цинка, что могло быть связано с деструкцией лигносульфоната. Выявлено, что величины частных порядков реакций выщелачивания по кислороду составляют 1,2 для сфалерита и 2,5 для сульфидов железа
Совершенствование процесса литья в керамические формы за счет применения аддитивных технологий при изготовлении модельных комплектов
No full textThe study covers the free linear shrinkage of samples from PLA, HIPS, and ABS filaments used for FDM 3D printing in the ranges of extrusion operating temperatures (t). It was found that the PLA filament features by shrinkage values in the range of 0.2–0.6 % at Δt =200÷220 °С. HIPS filaments (Δt = 220÷240 °С) and ABS filaments (Δt = 240÷270 °С) have a shrinkage of 0.3–0.8 %. Linear shrinkage values must be taken into account when designing mathematical models of the future cast product. The influence of the print density dр (degree of internal structure filling) on the ash residue A when burning out samples obtained from the studied filaments was investigated. It was shown that the A value also increases with an increase in dр (5–15–30 %). The PLA filament has minimum A values (0.19–0.48 %). It was concluded that the PLA filament features the highest processability in the FDM 3D printing of casting patterns for casting into refractory ceramic molds (RCM) in terms of the set of free linear shrinkage and ash residue indicators. Clusters were made by FDM 3D printing from the PLA filament to produce «Nozzle» castings by casting into RCMs. Clusters were used to form RCMs. When burning out the clusters from RCMs, it was found that some RCMs cracked under linear heating. This was due to excessive pressure exerted by the expanding filament when heated to its softening temperature, and pressure exerted by gas emitted during the subsequent filament burn-out. The proportion of cracked RCMs increased with an increase in the heating rate. A stepwise mode of RCM heating combined with RCM calcination was developed in order to prevent cracking. There was no RCM cracking when clusters were removed in the stepwise mode. Experimental «Nozzle» castings were obtained from BrA9ZH3L bronze. The casting quality met the design documentation requirements.Выполнено исследование свободной линейной усадки образцов из филаментов марок PLA, HIPS и ABS, используемых для 3D-печати по FDM-технологии, в диапазонах рабочих температур экструзии (Δt). Установлено, что при Δt = 200÷220 °С филамент марки PLA характеризуется значениями усадки в интервале 0,2–0,6 %. Филаменты HIPS (Δt = 220÷240 °С) и ABS (Δt = 240÷270 °С) имеют усадку 0,3–0,8 %. Значения линейных усадок необходимо учитывать при проектировании математических моделей будущего литого изделия. Изучено влияние плотности печати (dр – степени заполнения внутренней структуры) на величину зольного остатка А при выжигании образцов, полученных из исследованных филаментов. Показано, что с повышением dр (5–15–30 %) возрастает значение А. Минимальные значения А (0,19–0,48 %) имеет филамент марки PLA. Сделан вывод о том, что для 3D-печати моделей отливок по FDM-технологии для литья в огнеупорные керамические формы (ОКФ) по совокупности показателей свободной линейной усадки и зольного остатка наиболее технологичен филамент марки PLA. Средствами 3D-печати были изготовлены модельные блоки из филамента марки PLA по FDM-технологии для получения отливок типа «Патрубок» литьем в ОКФ. По модельным блокам были сформированы ОКФ. В процессе выжигания модельных блоков из ОКФ установлено, что при линейном нагреве происходит растрескивание части ОКФ. Это обусловлено избыточным давлением расширяющегося филамента в процессе нагрева до температуры его размягчения, а также давлением газа, образующегося при последующем выжигании филамента. С увеличением скорости нагрева доля треснувших ОКФ возрастала. С целью предотвращения растрескивания разработан ступенчатый режим нагрева ОКФ, совмещенный с их прокалкой. При удалении модельных блоков по ступенчатому режиму растрескивания ОКФ не происходило. Из бронзы марки БрА9ЖЗЛ были получены опытные отливки типа «Патрубок». Качество отливок соответствовало требованиям конструкторской документации