Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy / Известия вузов. Цветная металлургия
Not a member yet
659 research outputs found
Sort by
Применение различных порошковых форм углерода для армирования алюмоматричных композиционных материалов углеродом и карбидом титана. Обзор
Get PDFThe paper considers the use of both traditional powdered carbon materials (graphite, soot, charcoal, shungite) and new carbon nanomaterials (nanodiamonds, fullerene, nanotubes, graphene) as a dispersed reinforcing phase in aluminum matrix composites (AMCs), and as reagents for the synthesis of titanium carbide (TiC) reinforcing particles in AMCs. It is observed that the key area of AMC development for significant improvement of their mechanical properties is the transition from micron-sized reinforcing particles to nanoparticles, and that the use of new carbon nanomaterials can play a decisive role in this. The technologies for producing such AMCs must provide the appropriate parameters of nanoparticles, their uniform distribution in the matrix and a strong adhesive interfacial bond with the matrix. However, it is highly difficult to meet these process requirements since carbon and titanium carbide nanoparticles are not wetted with aluminum at temperatures below 1000 °C and are prone to nanoparticle agglomeration due to interparticle adhesive forces that increase dramatically with the decreasing particle size. The paper provides an overview of advancements and unresolved issues in the use of powdered carbon forms in various solid-phase and liquid-phase methods of AMC production using various techniques to address these process challenges. It is shown that there is still a potential for using traditional carbon materials as well. Considerable attention is paid to the self-propagating high-temperature synthesis (SHS) of titanium carbide reinforcing particles with various carbon materials used to obtain aluminum matrix composites.Рассмотрено применение как традиционных порошковых углеродных материалов (графита, сажи, древесного угля, шунгита), так и новых углеродных наноматериалов (наноалмазов, фуллерена, нанотрубок, графена) в качестве дисперсной армирующей фазы в алюмоматричных композитах (АМКМ), а также в качестве реагентов для синтеза армирующих частиц карбида титана (TiC) в АМКМ. Отмечено, что основным направлением развития АМКМ для существенного улучшения их механических свойств является переход от армирующих частиц микронного размера к наночастицам и что применение новых углеродных наноматериалов может сыграть в этом решающую роль. Необходимо, чтобы технологии получения таких АМКМ обеспечивали соответствующие параметры наночастиц, их равномерное распределение в матрице и сильную адгезионную межфазную связь с матрицей. Однако выполнение этих технологических требований является большой проблемой, так как наночастицы углерода и карбида титана не смачиваются алюминием при температурах менее 1000 °С и склонны к образованию агломератов из наночастиц вследствие межчастичных адгезионных сил, величина которых резко возрастает с уменьшением размера частиц. В работе представлен обзор достижений и нерешенных вопросов при использовании порошкообразных углеродных форм в различных твердо- и жидкофазных методах изготовления АМКМ с применением различных приемов для решения перечисленных технологических проблем. Показано, что при этом не исчерпаны возможности использования и традиционных углеродных материалов. Заметное внимание уделено применению метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) армирующих частиц карбида титана с использованием различных углеродных материалов для получения алюмоматричных композиционных материалов
Изучение влияния режимов радиально-сдвиговой прокатки на температурно-деформационные условия процесса обработки алюминия АД0
Get PDFThe effect of deformation modes on the process conditions of radial-shear rolling (RSR) of commercial purity aluminum AA1050 is analyzed. Based on finite-element modeling (FEM), temperature variation at various feed angles and elongation in the first and last passes is obtained. An increase in the feed angle slightly raises temperature fluctuations in the surface layer due to increasing reduction per pass, but it does not significantly influence the total deformation heating during RSR. The final deformation temperature can be controlled by varying the reduction ratio. In this case, it is necessary to take into account the initial heating temperature, dimensions of final rolled products and elongation per pass. The billet size has a significant effect on thermal variations during RSR. In the last pass, when diameters are 20–14 mm, deformation heating is almost completely compensated by rod cooling in contact with the environment and the tool and begins to prevail with an increase in the elongation ratio of more than 1.2. The analysis of equivalent strain (εe) at various deformation modes showed that the difference in εe values over the rod cross-section decreases with the increasing feed angle. A comparison of the data obtained with the hardness and microstructure of rolled AA1050 samples shows that εe has a significant effect on changes in the structure and properties to a certain value. This is confirmed by the obtained microhardness distribution over the cross section of rods. Mechanical properties of obtained rods correspond to the properties of commercial purity aluminum in the work hardened condition (σв ~ 115 MPa, σ0.2 ~ 110 MPa, δ ~ 1 %, HV ~ 40÷43).Проведен анализ влияния режимов деформации на условия процесса радиально-сдвиговой прокатки (РСП) алюминия технической чистоты АД0. На основе моделирования методом конечных элементов (МКЭ) получено изменение температуры при различных углах подачи и вытяжках в первом и последнем проходах. Увеличение угла подачи незначительно повышает колебания температуры в поверхностном слое за счет роста частного обжатия, но несущественно влияет на общий деформационный разогрев в процессе РСП. Температуру окончания деформации возможно контролировать с помощью варьирования степени обжатия. При этом необходимо учитывать исходную температуру нагрева, размеры получаемого конечного проката и вытяжку за проход. Размер заготовки оказывает существенное влияние на тепловые изменения в процессе РСП. В последнем проходе, когда диаметральные размеры составляют 20–14 мм, деформационный разогрев практически полностью компенсируется охлаждением прутка при контакте с окружающей средой и инструментом и начинает преобладать с повышением коэффициента вытяжки больше 1,2. Анализ накопленной степени деформации (εн) при различных режимах деформации показал, что разница значений εн по поперечному сечению прутка уменьшается при увеличении угла подачи. Сопоставление полученных данных с твердостью и микроструктурой прокатанных образцов АД0 показывает, что величина εн оказывает значительное влияние на изменение структуры и свойств до определенного значения, что подтверждается полученным распределением микротвердости по поперечному сечению прутков. Механические свойства полученных прутков соответствуют свойствам алюминия технической чистоты в нагартованном состоянии (σв ~ 115 МПа, σ0,2 ~ 110 МПа, δ ~ 1 %, HV ~ 40÷43)
Исследование влияния на электрохимическое поведение сульфида никеля состава электролита и депассивирующих добавок
Get PDFThis article deals with the hydrometallurgical technology of nickel sulfide (NiS) processing, in particular, the effect of electrolyte composition and depassivating additives on the electrochemical behavior of synthesized nickel sulfide. The kinetics and electrochemical behavior of nickel sulfide in sulfate, sulfite, chloride, bichromate, ammonia and copper-containing electrolytes were studied. Possible directions of the process of nickel sulfide anodic dissolution with the release of elemental sulfur and sulfides that contribute to surface passivation were shown. The depassivating effect of additives, in particular NaCl, KBr and K2Cr2O7 was also studied. The results of studies suggest that: potassium bichromate has a depassivating effect on NiS anodic dissolution in Na2SO4 and NH4OH; the optimum concentration of potassium bichromate is around ≈30 g/dm3; sulfide sulfur oxidizes to SO2 4- with NiS dissolution in the presence of K2Cr2O7; NiS intensively dissolves in the pure Na2SO3 solution with the formation of insoluble Ni2+ hydroxy compounds featuring structure changes with changing pH; the combined action of NH4OH and Na2SO3 causes intensive NiS dissolution with the formation of [Ni(NH3)n]2+ ammonia complexes; the presence of acid anions capable of complexation with both Cu(I) and Cu(II) in copper-containing electrolytes leads to accelerated NiS anode dissolution; the most significant anode dissolution rates are observed in case of a nitrate-bromide system; molten sulfur formed on the NiS surface completely displaces, and copper-bromide complexes dissolve the Cu2S film formed at low potentials; when 200 g/dm3 of KBr is added to 96.8 g/dm3 of Cu (NO3)2, greater NiS dissolution rates are observed than when 200 g/dm3 of NaCl is added to 67,22 g/dm3 of the CuCl2 solution.Рассмотрены вопросы гидрометаллургической технологии переработки сульфида никеля (NiS), в частности влияния состава электролита и депассивирующих добавок на электрохимическое поведение синтезированного сульфида никеля. Проведены исследования кинетики и электрохимического поведения сульфида никеля в сульфатных, сульфитных, хлоридных, бихроматных, аммиачных и медьсодержащих электролитах. Показаны возможные направления течения процесса анодного растворения сульфида никеля с выделением элементной серы и сульфидов, способствующих пассивации поверхности. Изучено депассивирующее влияние на процесс добавок, в частности NaCl, KBr и K2Cr2O7. По результатам исследований установлено следующее: бихромат калия депассивирующе воздействует на процесс анодного растворения NiS в Na2SO4 и NH4OH; оптимальная концентрация бихромата калия находится в области —ласти ≈30 г/дм3; при растворении NiS в присутствии K2Cr2O7 происходит окисление сульфидной серы до SO2-4; в чистом растворе Na2SO3 наблюдается интенсивное растворение NiS, сопровождающееся образованием нерастворимых гидроксосоединений Ni2+, состав которых меняется с изменением рН; совместное действие NH4OH и Na2SO3 вызывает интенсивное растворение NiS с образованием аммиачных комплексов [Ni(NH3)n]2+; наличие в медьсодержащих электролитах анионов кислот, способных к комплексообразованию как с Cu(I), так и с Cu(II), приводит к ускорению анодного растворения NiS; самые значительные скорости анодного растворения NiS наблюдаются в случае нитратно-бромидной системы; образующаяся на поверхности NiS расплавленная сера полностью вытесняет, а медно-бромидные комплексы растворяют возникающую при низких потенциалах пленку CU2S; при добавках 200 г/дм3 KBr к 96,8 г/дм3 Cu(NO3)2 наблюдаются большие скорости растворения NiS, чем в случае добавки 200 г/дм3 NaCl к раствору 67,22 г/дм3 CuCl2
Короткий фторидный цикл в технологии вольфрама
Get PDFIt was found that when the tungsten anode is electrochemically dissolved in a melt of acidic alkali metal fluorides (K,Na)H2F3 and hydrogen fluoride at t ~ 37 °C, the resulting atomic fluorine reacts completely with tungsten to form tungsten hexafluoride (WF6). The latter dissolves in the melt to form complex compounds (K,Na)2WF8 and (K,Na)WF7, which is accompanied by an increase in the melting electrolyte point. Adding up to 23 mol.% LiF and WF6 electrolyte saturation lower the electrolyte melting point below 18 °C making it possible to obtain simultaneously gaseous WF6 at the anode and H2 at the cathode in an electrochemical process at t = 35÷40 °C and an anode current density of 0.3–0.5 A/cm2. During gas-phase deposition of tungsten, dense layers are formed from the resulting gas-containing mixture with a stoichiometric ratio of components at t = 550÷600 °C, and the resulting HF is captured by an electrolyte and used to produce a mixture of WF6+H2 , ensuring the circulation of reagents and the absence of stored waste. A short fluoride cycle in the tungsten technology is presented based on the results obtained. It uses two operations: electrochemical synthesis of the WF6+H2 gaseous mixture in an electrolyzer with a bulk anode made of metal tungsten fragments, and WF6 reduction by hydrogen with capture the resulting HF. This cycle reduces the chain of process units in the cycle by almost 2 times with a corresponding investment reduction and significant production cost saving. The paper provides process flow diagram of the production chain for environmentally friendly tungsten production with a capacity of ~48.5 tons per year, which can be replicated and modified to produce the necessary products.Установлено, что при электрохимическом растворении вольфрамового анода в расплаве кислых фторидов щелочных металлов (K,Na)H2F3 и фтористого водорода при температуре t ~ 37 °C выделяющийся атомарный фтор полностью реагирует с вольфрамом с образованием гексафторида вольфрама (WF6). Последний растворяется в расплаве, образуя комплексные соединения (K,Na)2WF8 и (K,Na)WF7, что сопровождается повышением температуры плавления электролита. Добавка до 23 мол.% LiF и насыщение электролита WF6 снижают температуру его плавления ниже 18 °C, что позволяет в электрохимическом процессе при t = 35÷40 °C и анодной плотности тока 0,3–0,5 А/см2 получить одновременно газообразные WF6 на аноде и H2 на катоде. При газофазном осаждении вольфрама из полученной газообразной смеси со стехиометрическим соотношением компонентов формируются плотные слои при t = 550÷600 °C, а полученный HF улавливается электролитом и используется для получения смеси WF6 + H2 , обеспечивая кругооборот реагентов и отсутствие складируемых отходов. На основе полученных результатов представлен короткий фторидный цикл в технологии вольфрама, основанный на двух операциях: электрохимическом синтезе газообразной смеси WF6 + H2 в электролизере с насыпным анодом из фрагментов металлического вольфрама и восстановлении WF6 водородом с улавливанием образующегося HF, позволяющий сократить цепочку технологических аппаратов в цикле почти в 2 раза при соответствующем уменьшении капиталовложений и значительном снижении производственных затрат. Приведена аппаратурно-технологическая схема производственной цепочки для экологически чистого получения вольфрамовой продукции производительностью ~48,5 т/год, которую можно тиражировать и модифицировать для выпуска необходимых изделий
Разработка реологической модели горячей деформации на примере алюминий-литиевых сплавов 1424 и В-1461
Get PDFThe article proposes a variant of the rheological model of hot deformation – the law of hyperbolic sine, which, in contrast to the standard one, takes into account not only the strain rate and process temperature, but also the strain ratio. Material constants included in the law of hyperbolic sine are replaced by polynomial functions of the strain ratio with coefficients calculated using the corresponding method developed. The paper describes applications of the rheological model proposed in low-density aluminum-lithium alloys 1424 of the Al–Mg–Li–Zn system and V-1461 of the Al–Cu–Li–Zn system, for which flow curves in the temperature range 400–480 °C and strain rate range 1–60 s–1 up to a strain ratio of 0.6 are defined by physical simulation at the Gleeble 3800 unit. The influence of the initial material state was also investigated – samples were taken from both the ingot and hot-rolled plates. Constants were determined for the rheological model of hot deformation including the Zener–Hollomon parameter and the law of hyperbolic sine for the entire range of stresses and strains. After approximating the dependences of the model parameters on true strains with a 4th degree polynomial law, a rheological model was created that describes the alloy behavior in the temperature-rate range under study. The features of changes in hyperbolic sine law parameters depending on the strain ratio were established. It was shown that, in general, parameters for the cast material are higher than for the rolled one. A comparison between the standard and proposed models showed that the use of the standard model over the entire strain interval leads to too high flow stress values (up to 12 %).Предложен вариант реологической модели горячей деформации – закона гиперболического синуса, учитывающий в отличие от стандартного не только скорость деформации и температуру процесса, но и степень деформации. Входящие в закон гиперболического синуса константы материала заменены полиноминальными функциями степени деформации, для расчета коэффициентов которых разработана соответствующая методика. Показано применение предложенной реологической модели для алюминий-литиевых сплавов пониженной плотности марки 1424 системы Al–Mg–Li–Zn и В-1461 системы Al–Cu–Li–Zn, для которых методом физического моделирования на установке Gleeble-3800 экспериментально определены кривые течения в диапазонах температур 400–480 °С и скоростей деформации 1–60 с–1 до степени деформации 0,6. Исследовалось также влияние исходного состояния материала – образцы отбирались как от слитка, так и от горячекатаных плит. Определены константы реологической модели горячего деформирования, включающей параметр Зинера–Холломона и закон гиперболического синуса для всего диапазона напряжений и деформаций. После аппроксимации зависимостей параметров данной модели от истинных де- формаций полиноминальным законом 4-го порядка создана реологическая модель, описывающая поведение сплава в исследуемом температурно-скоростном диапазоне. Установлены особенности изменения параметров закона гиперболического синуса от степени деформации. Показано, что параметры для литого материала выше, чем для катаного. Сравнение стандартной и предложенной моделей показало, что использование стандартной модели во всем интервале деформаций приводит к завышенным значениям напряжений течения (до 12 %)
Компьютерное моделирование процесса получения штампованной заготовки из сплава АК4-1 для поршня двигателя внутреннего сгорания
Get PDFThe process of hot die forging of AK4-1 aluminum alloy billets for the piston of an internal combustion engine (ICE) for an unmanned aerial vehicle (UAV) was simulated using the Deform-3D software package. The object of research was an ICE piston mounted on one of the UAV types of Russian production. Simulation was performed using the following parameters: tooling and billet temperature was 450 °C, ambient temperature was 20 °C, punch speed was 5 mm/s, and Siebel friction index was 0.4. Rigid plastic medium was chosen as a material model. The number of elements (6000) was selected so that at least 3 elements fit in the narrowest section of the part. Thus, as illustrated by the piston die forging, computer simulation in the Deform-3D software makes it possible to develop hot die forging processes for making aluminum alloy billets for UAV ICE pistons. At the same time, computer simulation can be used to evaluate the power parameters of the hot die forging process, study the nature of billet forming in die forging, make necessary adjustments to the virtual process, and develop the design of a die forging tool in order to select the most effective process solutions when designing a real process. The described computer simulation technique can be extended to other aluminum alloy die forgings.Проведено моделирование процесса горячей объемной штамповки поковки из алюминиевого сплава АК4-1 для поршня двигателя внутреннего сгорания (ДВС) беспилотного летательного аппарата (БПЛА) с помощью программного комплекса Deform-3D. Объектом исследований служил поршень ДВС, устанавливаемый на один из типов БПЛА российского производства. При моделировании использовались следующие параметры: температура оснастки и заготовки составляла 450 °C, скорость движения пуансона – 5 мм/с, показатель трения по Зибелю – 0,4. В качестве модели материала была выбрана жесткопластическая среда. Количество элементов (6000) было выбрано таким образом, чтобы в наименьшем сечении поковки их умещалось не менее 3. На примере штампованной поковки поршня показано, что с помощью компьютерного моделирования с использованием программы Deform-3D можно разрабатывать технологию горячей объемной штамповки заготовок из алюминиевых сплавов для изготовления поршней для ДВС БПЛА. При этом компьютерное моделирование позволяет произвести оценку энергосиловых параметров процесса горячей объемной штамповки, изучить характер формоизменения заготовки при штамповке, внести необходимые корректировки в виртуальный технологический процесс, а также разработать конструкцию штампового инструмента, что дает возможность при проектировании реального процесса подобрать наиболее эффективные технологические решения. Изложенная методика компьютерного моделирования может быть рекомендована для анализа и проектирования технологии изготовления других штампованных поковок из алюминиевых сплавов
Диффузия олова в твердом растворе системы медь-олово
Get PDFElectron probe microanalysis (EPMA) was used to obtain concentration curves and calculate bulk diffusion coefficients in solid solutions of the copper-tin system in the tin concentration range of less than 13.9 wt.% (7.96 at.%) and temperature range of 500 to 650 °С. Diffusion couples were made of pure copper (99,995 %) and two-component alloy obtained by direct alloying of metallic copper with chemically pure tin in Ar—H atmosphere at 1100 °C in the quartz reactor during 2 hours. Diffusion coefficients were calculated using the Matano-Boltzmann method and the method proposed by Grube, i.e. in the tin concentration range from 6 to 8 at.% (D1) on the top of the concentration curve, and from 2 at.% to zero (D2) on the bottom of the concentration curve. It is shown that tin diffusion coefficients in the concentrated solution were several times greater than in the diluted one. It is shown that diffusion activation energy values virtually coincide with isotope measurement data on tin diffusion in pure copper (187 kJ/mol). A qualitative interpretation is proposed for the tin diffusion acceleration effect in the concentrated solid solution of the copper-tin system.Методом микрорентгеноспектрального анализа получены концентрационные кривые и рассчитаны коэффициенты объемной диффузии в твердых растворах системы медь—олово в интервале концентраций Sn менее 13,9 мас.% (7,96 ат.%) и диапазоне температур от 500 до 650 °С. Диффузионные пары изготавливали из чистой меди (99,995 %) и двухкомпонентного сплава, полученного путем прямого сплавления металлической меди с химически чистым оловом в атмосфере смеси аргона с водородом при температуре 1100 °С в кварцевом реакторе в течение 2 ч. Коэффициенты диффузии рассчитывали методом Матано—Больцмана, а также способом, предложенным Грубе, — по верхней части концентрационной кривой в интервале концентраций олова от 6 до 8 ат.% (D1) и по нижней — от 2 ат.% до нуля (D2). Выявлено, что коэффициенты диффузии олова в концентрированном растворе в несколько раз больше, чем в разбавленном растворе. Показано, что значения энергии активации диффузии практически совпадают с результатами изотопных измерений диффузии олова в чистой меди (187 кДж/моль). Предложено качественное толкование эффекта ускрения диффузии олова в концентрированном твердом растворе системы медь—олово
Влияние содержащих диизобутилдитиофосфинат собирателей на флотацию сульфидов и металлов платиновой группы из медно-никелевых руд
Get PDFThe paper provides the results of studies into the interaction between Aerophine 3418A, Aerophine 3416, Aerophine 3406 collectors containing diisobutyldithiophosphinate (DIP) and butyl xanthate with pyrrhotite, pentlandite, platinum black and cooperite by measuring the electrode potential and determination of DIP adsorption forms using extractive spectrophotometry. It was shown that butyl xanthate reduces the electrode potential to a greater extent compared to DIP-containing collectors. The value of electrode potential shift in the presence of collectors decreases in the series: platinum black — pentlandite — pyrrhotite. Pentlandite and pyrrhotite interaction with butyl xanthate and DIP mainly results in the molecular form - disulfide - formed on the surface with the order of magnitude less compounds of collectors with metal. After interaction with butyl xanthate, the sorption layer on cooperite contained disulfide only, and both disulfide and the complex compound of Pt with DIP in case of DIP. It was demonstrated that DIP containing collectors have a greater collecting and hydrophobic ability than butyl xanthate to pentlandite and pyrrhotite. The maximum hydrophobic effect is achieved using a composition of butyl xanthate and DIP-containing collectors with a ratio of 1:1 to 1:3. The effectiveness of Aerophine 3416 and butyl xanthate compositions in bulk flotation of platinum-copper-nickel ores is shown.Приведены результаты исследований взаимодействия содержащих диизобутилдитиофосфинат (ДИФ) собирателей — Aerophine 3418A, Aerophine 3416, Aerophine 3406 — и бутилового ксантогената с пирротином, пентландитом, платиновой чернью и куперитом путем измерения электродного потенциала и определения форм адсорбции ДИФ методом экстракционной спектрофотометрии. Показано, что бутиловый ксантогенат в большей степени снижает электродный потенциал по сравнению с ДИФ-содержащими собирателями. Величина сдвига электродного потенциала в присутствии собирателей уменьшается в ряду: платиновая чернь — пентландит — пирротин. При взаимодействии пентландита и пирротина как с бутиловым ксантогенатом, так и с ДИФ выявлено преимущественное образование на поверхности молекулярной формы — дисульфида — и на порядок меньшее количество соединений собирателей с металлом. В составе сорбционного слоя на куперите после взаимодействия с бутиловым ксантогенатом определено наличие только дисульфида, а в случае ДИФ — и дисульфида, и комплексного соединения Pt с ДИФ. Установлена большая собирательная и гидрофобизирую-щая способность ДИФ-содержащих собирателей, по сравнению с бутиловым ксантогенатом, к пирротину и пентлан-диту. Максимальный гидрофобизирующий эффект достигается при использовании композиции бутилового ксантогената и ДИФ-содержащих собирателей с соотношением от 1:1 до 1:3. Показана эффективность применения композиций Aerophine 3416 и бутилового ксантогената при коллективной флотации платиноидно-медно-никелевых руд