Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy / Известия вузов. Цветная металлургия
Not a member yet
659 research outputs found
Sort by
РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВА ЭП742-ИД В КОНТЕКСТЕ ИНТЕГРИРОВАННОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ИНЖИНИРИНГА (IСМЕ) Часть I. Результаты экспериментальных исследований
Get PDFThe article covers rheological properties of the EP742-ID alloy in high-temperature compression tests of cylindrical samples with different ratios of similar initial diameters and heights (d0 /h0). The results of experimental research in the temperature range t = 1000÷1150 °C and initial deformation rates ε · 0 = 3·10–2÷3·10–4 s–1 have shown that an increase in compression flow stress with the growth of the d0 /h0 ratio is observed at all temperatures and deformation rates with a linear dependence on the ε · 0 value and the d0 /h0 ratio. The method is proposed to recalculate deformation resistance indicators to the set ratio of similar sizes. Higher compression flow stress is connected with an increase in the coefficient of rigidity of samples and their specific contact surfaces. The dependence of apparent activation energy of alloy plastic deformation (Qdef), its relationship with the phase structure and conditions of the process of γ solid solution dynamic recrystallization is established. In the temperature conditions of the beginning of γ solid solution dynamic recrystallization process (1000–1050 °C) the Qdef value for d0 /h0 = 0,75 samples is 959 kJ/mol. The highest Qdef values for d0 /h0 = 0,75 samples of 1248 and 1790 kJ/mol are observed in the range of temperatures of intensive grain boundary γ ′-phase dissolution and coagulation (1050–1100 °C). Samples with d0 /h0 = 3,0 in this temperature range have Qdef up to 2277 kJ/mol. The apparent activation energy of plastic deformation decreases to 869 kJ/mol in the range of temperatures of homogeneous γ solid solution with grain-boundary primary and secondary carbides (1100–1150 °C). The paper provides the results of alloy sample compression at single and repeated consecutive loading with various times of pauses between deformations. It is shown that meta dynamic recrystallization under experimental conditions does not occur in the γ + γ ′-range, and occurs inertly in the γ-range.Изучены реологические свойства сплава ЭП742-ИД при высокотемпературных испытаниях на сжатие цилиндрических образцов с различным отношением сходственных начальных размеров диаметра и высоты (d0 /h0). По результатам испытаний в интервалах температур t = 1000÷1150 °С и начальных скоростей деформации ε·0 = 3·10–2÷3·10–4 с–1 показано, что повышение напряжения течения сжатия с ростом отношения d0 /h0 проявляется при всех температурах и скоростях деформации с линейной зависимостью от величины ε·0 и отношения d0 /h0. Предложена методика пересчета показателей сопротивления деформации на заданное отношение сходственных размеров. Повышение напряжения течения сжатия связывается с увеличением коэффициента жесткости образцов и их удельных контактных поверхностей. Установлена температурная зависимость кажущейся энергии активации пластической деформации (Qдеф) сплава, ее связь с фазовым составом и условиями протекания процесса динамической рекристаллизации γ-твердого раствора. В температурных условиях начала развития процесса динамической рекристаллизации γ-твердого раствора (1000–1050 °С) величина Qдеф у образцов с d0 /h0 = 0,75 составляет 959 кДж/моль. Наибольшие значения Qдеф у образцов с d0 /h0 = 0,75, равные 1248 и 1790 кДж/моль, наблюдаются в области температур интенсивного растворения и коагуляции зернограничной γ ′-фазы (1050–1100 °С). У образцов с d0 /h0 = 3,0 в этой области температур значение Qдеф повышается до 2277 кДж/моль. В области температур гомогенного γ-твердого раствора с зернограничными первичными и вторичными карбидами (1100–1150 °С) кажущаяся энергия активации пластической деформации снижается до 869 кДж/моль. Приведены результаты сжатия образцов сплава при однократном и многократном последовательном нагружении с различной длительностью междеформационных пауз. Показано, что метадинамическая рекристаллизация в условиях эксперимента в γ + γ ′-области не совершается, а в γ-области протекает вял
НЕКОТОРЫЕ ТЕНДЕНЦИИ МИРОВОГО РЫНКА РЗМ И ПЕРСПЕКТИВЫ РОССИИ
Get PDFThe paper presents a review of some trends observed on the world market of rare-earth elements (REE). This review takes into account actual changes in the commercial and industrial policy of China and the current trends of REE consumption. Main characteristics of the modern REE markets are considered. The paper provides an assessment of world production volumes, world trade and prices. The article describes the REE market behavior in 2000–2020 and provides a forecast of main indicators and prices up to 2020. It contains a description of current world REE resources, production and trade over the main countries. In addition, the prices and the main buyers of REE are specified indicating the forecast of consumption. The prospects of the Russian REE market are estimated taking into account the «Development of the Rare and Rare-Earth Elements Industry» subprogram implemented as part of the State Program of the Russian Federation «Industry Development and Competitiveness Improvement». The purpose of the subprogram is to create a competitive rare-earth industry of an integrated production cycle in the Russian Federation in order to satisfy the needs of the domestic defense industry complex, civil industries and enter the foreign markets. It is noted that this subprogram should be upgraded with regard to changes in the market conditions and development of rare-earth elements production in the Russian Federation including by means of statutory, non-tariff and technical regulation. Loparite and apatite will remain the main sources of rare-earth elements as raw materials for industrial processing in Russia in the near future, while REE production from apatite will increase. It is emphasized that the prospects of REE development in Russia consist not so much in increasing the primary production as in establishing new plants consuming rare-earth products.Представлен анализ некоторых направлений развития мирового рынка редкоземельных металлов (РЗМ) с учетом происходящих изменений в торгово-промышленной политике Китая и тенденций потребления РЗМ. Рассматриваются основные характеристики современных рынков РЗМ, дана оценка объемов мирового производства, мировой торговли и цен. Описана динамика рынков в 2000–2017 гг. и сделан прогноз основных показателей и цен до 2020 г. Дан обзор современных мировых запасов РЗМ, производства и торговли по основным странам. Приведены цены и основные покупатели РЗМ, а также прогноз потребления. Сделана оценка перспектив отечественного рынка РЗМ с учетом выполнения в России подпрограммы «Развитие промышленности редких и редкоземельных металлов» государственной программы РФ «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности». Целью подпрограммы являлось создание в РФ конкурентоспособной редкоземельной промышленности полного технологического цикла для удовлетворения потребностей отечественного оборонно-промышленного комплекса, гражданских отраслей промышленности и выхода на зарубежные рынки. Отмечается необходимость актуализировать эту подпрограмму с учетом изменения рыночной конъюнктуры и развития производства редкоземельных металлов на территории РФ в промышленности, в том числе путем нормативного, нетарифного и технического регулирования. Основными источниками редкоземельного сырья в России для промышленной переработки на бли жайший период останутся лопарит и апатит, при этом производство РЗМ из апатита будет увеличиваться. Подчеркнуто, что перспективы развития РЗМ в РФ заключаются не столько в росте производства первичной продукции, сколько в создании новых производств, потребляющих редкоземельную продукцию.
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРОШИВКИ СЛИТКОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА В ДВУХВАЛКОВОМ СТАНЕ ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ
Get PDFMannesmann piercing of ingots, which were made of aluminum alloy by casting, was done using plugs of different shape: entire plug, plug with cavity and hollow plug. Plugs had same diameter of calibrating segment. Piercing was carried out at 400 °C ofbillets. Influence of plugs’ shape on variation of hollow shells’ diameter, wall thickness and density along their length was estimated. Hollow shells were cut into 15 equal rings to measure density using hydrostatic (Archimedean) weighing. Experimental operations were simulated using FEM computer software. Casting was simulated using ProCAST, piercing — using QForm. Variation of hollow shells’ diameter, wall thickness and density along their length was estimated after simulation had been done. Experimental and simulation data were compared to check FEM simulation accuracy. Difference between experiment and simulation for density was not more than 2 %, for hollow shells’ dimensions — 20 %. Conducted investigation allowed estimation of how plug’s shape affects hollow shells’ dimensions accuracy and density. It was established that hollow plug or plug with cavity, in terms of dimensions accuracy and density variation, are preferable for piercing. Each of plugs being used, provides manufacturing of hollow shells with maximum density for all volume except close to hollow shell’s edges domains, where density is 1 % less than maximum value.Проведена прошивка алюминиевых слитков, полученных наполнительным литьем, в двухвалковом стане винтовой прокатки с направляющими линейками на оправках различной формы со сферической рабочей частью — сплошной, с углублением и полой. Оправки имели одинаковый диаметр калибрующего участка. Прошивка осуществлялась при температуре слитков 400 °С. Исследовано влияние формы оправки на изменение наружного диаметра и толщины стенки по длине гильзы, а также плотности гильзы по длине. Для измерения плотности гильз они были разрезаны на 15 равных по толщине колец, плотность которых определялась с помощью гидростатического взвешивания. Экспериментальные исследования смоделированы с помощью вычислительных сред конечно-элементного анализа. Получение слитка наполнительным литьем моделировалось с помощью ProCAST, а прошивки — QForm. Путем компьютерного моделирования также оценивались изменения диаметра, толщины стенки и плотности гильз по длине. Проведено сравнение результатов экспериментальных исследований и компьютерного моделирования с целью оценки адекватности полученных моделей в QForm. Отличие данных по плотности не превышает 2 %, по размерам гильз — 20 %. Полученные результаты позволили установить влияние формы прошивной оправки на точность получаемых гильз и их плотность. С точки зрения точности размеров получаемых гильз наиболее предпочтительно использовать полую оправку или оправку с углублением. Каждая из рассмотренных схем прошивки позволяет уплотнить до истинной плотности весь объем гильзы, за исключением при- торцевых областей, где плотность ниже на 1 %
КИНЕТИКА ОКИСЛЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ ОКАТЫШЕЙ
Get PDFThis paper studies the results of investigating oxidation kinetics of pellets from copper concentrate produced by Gaisky GOK under conditions of controlled convective heat and mass exchange at the minimum radiation component of heat transfer between heated (450–700 °С) gaseous oxidant (air) and pellets. It was found that as the air consumption increases, the initial oxidation decelerates though theoretically it was proved that the oxidant contact with pellet surface does not limit the process. The paper includes formulas deduced by the author for calculating the period of pellet heating up to temperature of initial oxidation and heated air. It was determined that the higher mechanical strength of pellets decreases the speed and completeness of pellet oxidation. The positive effect of increased oxidant (air) consumption on the oxidation speed due to the lack of external diffusion slow-down is explained by a shorter pellet heating period. Experimental activation energy (Е = 155,1÷337,1 kJ/mole) is typical for kinetic or transition mode at 450–500 °С and pellet strength 718,1 and 932,0 N, and for diffusion mode (E = 33,3÷57,4 kJ/mole) at 500–700 °С. The ratio of efficient diffusion in active layer pores was calculated for an isometric part of the kinetic curve at 600 °C. The indicated part shows Knudsen diffusion.Рассматриваются результаты исследования кинетики окисления окатышей из медного концентрата Гайского горно- обогатительного комбината в условиях регулируемого конвективного тепло- и массообмена при минимальном значении радиационной составляющей теплообмена между потоком нагретого (до 450–700 °С) газообразного окислителя (воздуха) и окатышем. Отмечается, что с увеличением расхода воздуха скорость начальных стадий окисления снижается, хотя расчетами установлено, что подвод окислителя к поверхности окатыша не должен лимитировать этот процесс. Приводятся выведенные автором формулы для определения продолжительности нагрева окатыша до температур начала окисления и нагретого воздуха. Установлено, что с увеличением механической прочности окатышей скорость и полнота их окисления снижаются. Положительное влияние повышения расхода окислителя (воздуха) на скорость окисления в условиях отсутствия внешнедиффузионного торможения объясняется уменьшением продолжительности нагрева окатыша. При температурах 450–500 °С и прочности окатышей 718,1 и 932,0 Н экспериментальное значение энергии активации (Е = 155,1÷ 337,1 кДж/моль) характерно для кинетического или переходного режима, а при 500–700 °С – для диффузионного (Е = = 33,3÷57,4 кДж/моль). Определен коэффициент эффективной диффузии в порах оксидного слоя для изотермического участка кинетической кривой при температуре 600 °С. Диффузия на указанном участке осуществляется в режиме Кнудсена
СТРУКТУРА И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МОДЕЛЬНЫХ СПЛАВОВ WC–50%Co, СОДЕРЖАЩИХ ДОБАВКИ TaC
Get PDFThe structure and magnetic properties of model high-cobalt WC–50%Co alloys with different carbon content and 1,6–5,6 wt.% TaC additives are studied. Model alloys are obtained by liquid-phase sintering of powder mixtures at 1420 °C, and their composition is described by the formula: 50%Co + 50%WC + xTaC + yC, where x = 0; 1,6; 2,6; 3,6; 4,6; 5,6 wt.%, y = 0; 0,2; 0,5 wt.%. It is shown that (Ta,W)C phase precipitates are present in all the investigated alloys, whereby at up to 3,6 wt.% TaC concentration the (Ta,W)C grains have a needle shape, and at ³3,6 wt.% TaC concentration the shape of the (Ta,W)C grains becomes spherical. (Ta,W)C phase precipitates are located both in the Co-binder and along the WC grain boundaries. The (Ta,W)C phase lattice parameter in low-carbon alloys lies in the range from 0,4438 nm for the 1,6 % TaC alloy up to 0,4451 nm for the 4,6 % TaC alloy. According to EDX analysis, the concentration of dissolved tungsten in the cobalt phase is independent of the TaC content and strongly depends on the total carbon content, and for alloys with high, elevated and low carbon content it is 7, 12 and 17 wt.%, respectively. TaC addition in alloys with a low and elevated carbon content leads to an increase in coercive force by 875 A/m and a decrease in magnetic saturation by 5–10 Gs·m3/g. The experimental results allowed putting forward a hypothesis about the possibility of forming dispersed tantalumcontaining precipitates in the binder phase.Изучены структура и магнитные свойства модельных высококобальтовых сплавов WC–50%Co с различным содержанием углерода и добавками TaC в количестве 1,6–5,6 мас.%. Модельные сплавы получены жидкофазным спеканием порошковых смесей при температуре 1420 °С, а их состав описывается формулой (мас.%): 50Сo + 50WC + xTaC + yC, где х = 0; 1,6; 2,6; 3,6; 4,6; 5,6 мас.%, а y = 0; 0,2; 0,5 мас.%. Показано, что во всех исследованных сплавах присутствуют выделения фазы (Ta,W)C, причем при концентрации TaC до 3,6 мас.% выделения (Ta,W)C имеют игольчатую форму, а при ³3,6 мас.% TaC форма зерен (Ta,W)C становится сферической. Выделения (Ta,W)C расположены как в связующей фазе, так и по границам зерен WC. Период решетки фазы (Ta,W)C в сплавах с пониженным содержанием углерода лежит в интервале от 0,4438 нм для сплава с 1,6 % TaC до 0,4451 нм для сплава с 4,6 % TaC. Методом микрорентгеноспектрального анализа установлено, что концентрация растворенного вольфрама в кобальтовой фазе сильно зависит от общего содержания углерода в сплаве, не зависит от доли TaC и составляет для сплавов с высоким, повышенным и пониженным содержаниями углерода 7, 12 и 17 мас.% соответственно. В сплавах с пониженным и повышенным содержаниями углерода добавка TaC приводит росту коэрцитивной силы на 875 А/м и снижению магнитного насыщения на 5–10 Гс·м3/г. Проведенные исследования позволили выдвинуть гипотезу о возможности формирования в связующей фазе дисперсных танталсодержащих выделений
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОЙ СТАДИИ ПРЯМОГО ПРЕССОВАНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПРУТКОВ ПРИ МАЛЫХ ВЫТЯЖКАХ
Get PDFThe direct extrusion of large 7075 alloy bars 188, 214, 252, 283, 326, 560 mm in diameter was simulated with 0 and 0,5 friction coefficients, 80° and 90° die cone angles from the 800 mm diameter container at the 200 MN press using the DEFORM-2D software package. It provided the distribution of metal flow radial velocities on the dummy block working surface versus the contact friction value, die cone angle and extrusion ratio factor at the main and final stages of extrusion. Butt-end height at the beginning of back-end extrusion defect formation was taken equal to a distance between the dummy block plane and the plane of extruded metal feeding into flat or cone die openings. The joint effect of the extrusion ratio factor, friction coefficient and die cone angle on the butt-end height, extrusion force, deformation and stress intensity factors, and die opening edge temperature was studied. Numerical experiments were performed based on the 23 complete factorial design for the following parameter variability intervals: Х1 = 3÷9, Х2 = 0÷0,5, Х3 = 80÷90°. Friction between the tool and the blank at the final extrusion stage has a negative effect due to a noticeable radial velocity reduction. This leads to the earlier initiation of central back-end extrusion defect formation. Extrusion into the conical die and increasing the extrusion ratio factor, on the contrary, speeds up radial flow velocity and ensures that the back-end extrusion defect starts forming later. The main factor that determines butt-end height is the extrusion ratio factor. A mathematical model is proposed to select the butt-end thickness for specific conditions of extruding large bars with low extrusion ratios.Проведено моделирование процесса прямого прессования крупногабаритных прутков с диаметрами 188, 214, 252, 283, 326, 560 мм из алюминиевого сплава 7075 при коэффициентах трения 0 и 0,5, углах конуса матрицы 80° и 90° из контейнера диаметром 800 мм на прессе 200 МН в программном пакете DEFORM-2D. Получено распределение радиальных скоростей течения металла на рабочей поверхности пресс-шайбы в зависимости от величины контактного трения, угла конуса матрицы и коэффициента вытяжки на основной и заключительной стадиях прессования. Высоту пресс-остатка в момент начала образования центральной пресс-утяжины принимали равной расстоянию между плоскостью пресс-шайбы и плоскостью входа прессуемого металла в рабочий канал плоской или конической матриц. Изучено совместное влияние коэффициента вытяжки, коэффициента трения и угла конуса матрицы на высоту пресс-остатка, усилие прессования, интенсивности скоростей деформаций и напряжений, температуру на кромке канала матрицы. Численные эксперименты проведены по плану полного факторного эксперимента 23 для интервалов варьирования параметров: Х1 = 3÷9, Х2 = 0÷0,5, Х3 = 80÷90 град. Трение между инструментом и заготовкой на заключительной стадии прессования играет отрицательную роль, заметно снижая радиальную скорость. Это приводит к более раннему началу образования центральной пресс-утяжины. Прессование в коническую матрицу и увеличение коэффициента вытяжки, наоборот, повышают радиальную скорость течения и обеспечивают более позднее начало образования центральной пресс-утяжины. Основным фактором, определяющим высоту пресс-остатка, является коэффициент вытяжки. Предложена математическая модель для выбора толщины прессостатка при конкретных условиях прессования крупногабаритных круглых прутков с малыми вытяжками
ОСОБЕННОСТИ СИНТЕЗА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ КЕРАМИКИ TaSi2–SiC, IN SITU АРМИРОВАННОЙ ДИСКРЕТНЫМИ НАНОВОЛОКНАМИ КАРБИДА КРЕМНИЯ
Get PDFThe possibility of the increase of the properties of ceramics in the TaSi2–SiC system via the reinforcement by the SiC nanofibers formed in situ in the combustion wave has been studied. For the formation of nanofibers as well as for increase of the exothermicity of the reaction mixtures, energetic additive PTFE (C2F4) was used. Using the method of self-propagating high-temperature synthesis of the mechanically activated mixtures, 70%TaSi2+30%SiC ceramic was produced, with SiC present as the round-shaped grains and as nanofibers. Ceramic specimens sintered by hot pressing were characterized by relative density up to 98 %, hardness 19,0–19,2 GPa and fracture toughness 7,5–7,8 MPa·m1/2, which is noticeably above the fracture toughness of the ceramic with similar composition produced without the PTFE additions.Изучена возможность повышения механических свойств керамического материала системы TaSi2–SiC путем армирования нановолокнами карбида кремния, формирующими in situ в волне горения СВС-системы. Для получения нановолокон, а также повышения экзотермичности реакционных смесей применялась энергетическая добавка политетрафтор-этилена (ПТФЭ) C2F4. С помощью метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза при использовании механического активирования исходных реакционных смесей была получена керамика 70%TaSi2 + 30%SiC, в которой карбид кремния находится в виде округлых зерен и дискретных нановолокон. Спеченные с помощью горячего прессования армированные керамические образцы имели относительную плотность до 98 %, твердость 19,0–19,2 ГПа и трещиностойкость 7,5–7,8 МПа·м1/2, что заметно превосходит трещиностойкость ранее полученной без добавок ПТФЭ керамики близкого состава
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭВОЛЮЦИИ СТРУКТУРЫ ДВУХФАЗНОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА В ПРОЦЕССЕ ТЕРМОДЕФОРМАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ
Get PDFThis paper studies Ti–3,5Fe–4Cu–0,2B two-phase titanium alloy behavior during its thermal deformation processing under uniaxial compression. Boron was added to obtain a fine-grained structure in the cast state. Samples of alloys 6 mm in diameter were obtained by melting pure components in a vacuum induction furnace with their subsequent crystallization into a solid copper mold. Uniaxial compression tests with a true strain of 0,9 were performed using the Gleeble 3800 thermal-mechanical physical simulation system at 750, 800 and 900 °C and strain rates of 0,1; 1 and 10 s–1. Scanning electron microscopy was used to study the microstructure of the alloy in its initial and deformed states. A model of flow stress dependence on temperature and strain rate was built as a result of the tests. It is shown that pressure treatment involves recrystallization of the initial cast structure containing solid solutions based on α-Ti, β-Ti and titanium diboride aggregates. During the deformation process, the volume fraction of α-titanium solid solution grains decreases with rising temperature, and the fraction of the β phase, on the contrary, increases. In this case, the average grain size of solid solutions based on α-Ti and β-Ti varies insignificantly after deformation in almost all of the studied modes. It is shown that the preferred mode of hot pressure treatment for obtaining a high complex of mechanical properties in the investigated alloy is a temperature range of 750– 800 °C, since α-phase grain sizes increase from 2,2 to 4,5 μm with an increase in temperature to 900 °C.Исследовано поведение двухфазного титанового сплава Ti–3,5Fe–4Cu–0,2B в процессе термодеформационной обработки на одноосное сжатие. Бор вводили для получения в литом состоянии мелкозернистой структуры. Образцы сплавов диаметром 6 мм получали путем сплавления чистых компонентов в вакуумной индукционной печи и последующей ускоренной кристаллизации в массивной медной изложнице. Испытания на одноосное сжатие с истинной деформацией 0,9 проводили на комплексе физического моделирования термомеханических процессов «Gleeble 3800» при температурах 750, 800 и 900 °С и скоростях деформации 0,1; 1 и 10 с–1. Микроструктуру сплава в исходном и деформированном состояниях изучали с помощью сканирующей электронной микроскопии. В результате испытаний построена модель зависимости напряжения течения от температуры и скорости деформации. Показано, что в процессе обработки давлением происходит рекристаллизация исходной литой структуры, содержащей твердые растворы на основе α-Ti, β-Ti и колонии диборида титана. В процессе деформации с повышением температуры объемная доля зерен твердого раствора на основе α-титана уменьшается, а доля β-фазы, наоборот, возрастает. При этом средний размер зерен твердых растворов на основе α-Ti и β-Ti меняется незначительно после деформации почти по всем исследованным режимам. Показано, что предпочтительным режимом горячей обработки давлением для получения высокого комплекса механических свойств в изучаемом сплаве является диапазон температур 750–800 °С, так как размер зерен α-фазы увеличивается с 2,2 до 4,5 мкм при повышении температуры до 900 °С
