Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy / Известия вузов. Цветная металлургия
Not a member yet
659 research outputs found
Sort by
ПЕРЕРАБОТКА CЕРЕБРИСТОЙ ПЕНЫ ВАКУУМНОЙ ДИСТИЛЛЯЦИЕЙ
Get PDFWhen cleaned from impurities lead is treated with zinc reacting with precious metals to form refractory intermetallics that are not soluble in the base metal – a silver crust (SС). The laboratory studies for processing of SС containing, %: 78–80 Pb; 15–17 Zn; 3–5 Ag; 0,0001–0,002 Au by vacuum distillation (t = 800÷1200 °C, Р = 10–1÷10–3 mm Hg; τ = 2÷42 h) to separate zinc, lead and precious metals. At t ~ 800 °C, Р = 10–1 mm Hg, zinc condensate was obtained containing, %: 99,85 Zn, 0,14 Pb. At t ~1000 °C, Р = 9·10–3 mm Hg, zinc-lead concentrate (15,7 Zn; 83,6 Pb; 0,02 Ag), lead concentrate (86–87 Pb; 0,4–2,8 Zn; 0,04–0,12 Ag), silver concentrate (50–67 Ag; 0,1–5,3 Pb, 0,04–0,2 Zn). At t ~1200 °C, Р = 6,5·10–3 mm Hg, lead concentrate (91–97 Pb, 0,6–1,7 Zn; 0,01–1,2 Ag) and silver concentrate (92 Ag, 1,4 Pb, 0,1 Zn) were obtained. It is shown that the degree of vacuum in the system increased up to over 0,1 mm Hg causes no significant changes in the indicators of silver crust vacuum distillation. Quantitative sublimation of zinc takes place at a temperature not exceeding 800 °C for 1 h. The end of the process is indicated by a pressure surge in the system up to Р = 1,5÷2,0 mm Hg. SC liquation producing crude lead (~42 % of the original quantity of Pb) and liquated silver crust (LSC) containing, %: 76,39 Pb; 16,56 Zn; 6,254 Ag, is possible for 2 h in an inert gas atmosphere (Ar) at t = 700±10 °C without vacuum. Temperature of lead draining is 380±10 °C. Quantitative sublimation of lead and zinc from LSC is optimal (>99 %) at t £ 1000 °C for 12 h, At the same time ~20 % silver of the original quantity in SC is extracted from the composition. Velocities of zinc (800 °C), lead and silver (1000 °C) sublimation are identified (calculation/experience) and equal to v·10–4 g/(cm2·s): 19,13/24,05 Zn; 6,25/8,6 Pb; 0,0068/0,0065 Ag. These v values can be used to design the equipment for vacuum distillation of silver crust. При очистке от примесей свинец обрабатывают цинком, образующим с драгоценными металлами тугоплавкие интерметаллические не растворимые в основном металле соединения – серебристую пену (СП). Выполнены лабораторные исследования по переработке СП, содержащей, %: 78–80 Pb, 15–17 Zn, 3–5 Ag, 0,0001–0,002 Au, методом вакуумной дистилляции (t = 800÷1200 °С, Р = 10–1÷10–3 мм рт. ст., τ = 2÷42 ч) с целью разделения цинка, свинца и драгоценных металлов. При t ~ 800 °С, Р = 10–1 мм рт. ст. получен цинковый конденсат состава, %: 99,85 Zn, 0,14 Pb. При t ~1000 °С, Р = 9·10–3 мм рт. ст. выделены концентраты цинка-свинца (15,7 Zn, 83,6 Pb, 0,02 Ag), свинца (86–87 Pb, 0,4–2,8 Zn, 0,04–0,12 Ag), серебра (50–67 Ag, 0,1–5,3 Pb, 0,04–0,2 Zn), а при t ~1200 °С, Р = 6,5·10–3 мм рт. ст. – концентраты свинца (91–97 Pb, 0,6–1,7 Zn, 0,01–1,2 Ag) и серебра (92 Ag, 1,4 Pb, 0,1 Zn). Показано, что увеличение глубины вакуума в системе более 0,1 мм рт. ст. не приводит к существенным изменениям показателей процесса вакуумной дистилляции серебристой пены. Количественная возгонка цинка происходит при температуре не более 800 °С в течение 1 ч. Об окончании процесса свидетельствует скачок давления в системе до Р = 1,5÷2,0 мм рт. ст. Ликвация СП с получением чернового свинца (~42 % от исходного количества Pb) и серебристой пены ликвированной (СПЛ) состава, %: 76,39 Pb, 16,56 Zn, 6,254 Ag, возможна в течение 2 ч в атмосфере инертного газа (Ar) при t = 700±10 °С без вакуума. Температура процесса слива свинца составляет 380±10 °С. Количественная возгонка свинца и цинка из СПЛ оптимальна (>99 %) при t £ 1000 °С в течение 12 ч. Одновременно из нее же извлекается ~20 % серебра от исходного количества в СП. Определены значения скорости возгона цинка (800 °С), свинца и серебра (1000 °С), которые составили (расчет/опыт) v·10–4, г/(см2·с): 19,13/24,05 Zn, 6,25/8,6 Pb, 0,0068/0,0065 Ag. Полученные значения v могут быть использованы при проектировании оборудования для вакуумной дистилляции серебристой пены.
СВС-МЕТАЛЛУРГИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ Nb–Si
Get PDFNiobium-based composites doped with functional and alloying additives (Si, Hf, Ti, Al, etc.) have prospects for industrial applications such as aircraft engine building. Previously the authors demonstrated that such composites can be synthesized in autowave mode (combustion mode) using highly exothermic Nb2O5 mixtures with Al, Si, Hf and Ti. It was shown that hafnium actively participates in Nb2O5 reduction, and this makes it difficult to introduce it into the composite. This paper focuses on the possibility to synthesize Nb composites doped with a high amount of Hf using centrifugal SHS metallurgy. Experiments on a centrifugal unit under 40 g force demonstrated that reactive Hf replaced by its less reactive compounds Hf–Al or Hf–Ti–Si–Al in Nb2O5/Al mixtures enabled combustion in a steady frontal mode rather than in an explosive one. With the increasing size of Hf–Al granules (from 0–40 to 160–300 μm), the Hf content of resultant composites was found to grow from 1,3 to 3,8 wt.%. In case of Hf–Ti–Si–Al granules 1–3 mm in size introduced to the charge, the Hf content of synthesized composites based on niobium silicides attained a value of up to 8,1 wt.%. Electron microscopy and X-ray diffraction analysis were used to determine the integral composition and distribution of basic and doping elements in the structural components of synthesized composites as well as their phase composition. Composites with a maximum content of Hf (8,1 wt.%) contain three structural constituents: (1) a metal Nb–Si–Ti matrix; (2) intergrain boundaries containing Nb, Ti, and Al; and (3) hafnia-based inclusions. The XRD pattern showed the presence of three phases in the composite: Nb and Nb5Si3 solid solutions as well as minor amounts of Nb3Si.Композиционные материалы (КМ) на основе ниобия c функциональными и легирующими добавками (Si, Hf, Ti, Al и др.) имеют перспективу промышленного освоения в авиационном двигателестроении. Ранее авторами было показано, что такие КМ можно синтезировать в автоволновом режиме (режиме горения), используя высокоэкзотермические смеси Nb2O5 с Al, Si, Hf и Ti. Было обнаружено, что в волне горения гафний активно участвует в восстановлении Nb2O5, что усложняет его введение в КМ. Настоящая работа направлена на изучение возможности синтеза методами центробежной СВС-металлургии композиционных материалов на основе Nb с высоким содержанием Hf. В экспериментальных исследованиях, проведенных на центробежной установке под воздействием перегрузки 40 g, было показано, что замена активного Hf на менее активные его соединения Hf–Al или Hf–Ti–Si–Al в составе смесей Nb2O5/Al позволяет перевести горение смеси из взрывоподобного режима в режим стационарного горения. С увеличением размера гранул Hf–Al от 0–40 до 160–300 мкм в смеси содержание Hf в КМ возрастает от 1,3 до 3,8 мас.%. Введение в исходную шихту гранул Hf–Ti–Si–Al с размером частиц от 1 до 3 позволяет получать литые КМ на основе силицидов ниобия с содержанием Hf до 8,1 мас.%. Методами электронной микроскопии и рентгенофазового анализа определены интегральный состав и распределение базовых и примесных элементов в структурных составляющих литых КМ, а также их фазовый состав.Композиционные материалы с максимальным содержанием Hf (8,1 мас.%) содержат 3 структурных составляющих: (1) – основу, которая включает Nb, Si, Ti; (2) – межзеренные границы, содержащие Nb, Ti и Al; (3) – включения на основе оксида гафния. На рентгенограмме КМ выявлены 3 фазы: твердые растворы на основе Nb и Nb5Si3, а также небольшое количество Nb3Si
ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ УСЛОВИЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯ КРУГЛЫХ ИЗДЕЛИЙ
Get PDFOne of the main widespread methods of metal forming is pressing characterized by a favorable plastic deformation pattern with the predominant effect of all-round compressive stresses. This allows deforming low-ductile materials and alloys with sufficiently high degrees of deformation. This paper studies plastic deformation conditions at hydro-mechanical pressing as one of pressing types. A distinctive feature of hydro-mechanical pressing as compared to other pressing types is the ability to control the movement of the billet and prevent its ejection at the final process stage. The study covers the conditions of hydro-mechanical pressing which combines the use of high-pressure working fluid and the mechanical impact of the tooling on the pressing die. Formulas for the components of the total hydro-mechanical pressing stress are derived to serve the basis for determination of the optimal process tool geometry. Taper angles of the hydro-mechanical pressing die are optimized depending on the main pressing process parameters. The dependency graphs are plotted for the ratio of pressing stress to the resistance of pressed material deformation as a result of drawing that confirmed the presence of optimum taper angles of pressing dies.Одним из основных широко распространенных способов обработки металлов давлением является прессование, для которого характерна благоприятная схема пластической деформации с преобладающим действием напряжений всестороннего сжатия, что позволяет деформировать малопластичные материалы и сплавы с достаточно большими степенями деформирования. В настоящей работе рассмотрены условия пластического деформирования при гидромеханическом прессовании, как одной из разновидностей процесса прессования. Его отличительной особенностью по сравнению с другими видами прессования является возможность контролировать движение заготовки и предотвращать ее «выстреливание» в конечной стадии процесса. В ходе исследований проведен анализ условий гидромеханического прессования, сочетающего применение рабочей жидкости высокого давления и механическое воздействие технологической оснастки на прессующую матрицу. Получены формулы составляющих общего напряжения гидромеханического прессования, на основании которых определена оптимальная геометрия технологического инструмента. Проведена оптимизация углов конусности матрицы для гидромеханического прессования в зависимости от основных технологических параметров процесса прессования. Построены зависимости отношения напряжения прессования к сопротивлению деформации прессуемого материала от вытяжки, которые подтвердили наличие оптимальных углов конусности прессовых матриц
ВЛИЯНИЕ СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ РАЗЛИВОЧНОГО КОЛЕСА РОТОРНОЙ МНЛЗ НА КАЧЕСТВО МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ
Get PDFThe paper presents the results obtained when studying how the condition of the casting wheel working surface in the rotary continuous casting machine (CCM) influences the quality of copper metal products on the Southwire modern high-tech continuous casting and rolling line at PJSC «Artemovsk Non-Ferrous Metals Processing Works». Industrial research identified the main defects occurred on the casting wheel working surface during its operation: transverse cracks located on the working surface in planes perpendicular to the casting direction – both at the trapezoid base and on its side faces (10–45 mm long cracks located 7–40 mm apart); dents, longitudinal dimples and scratches along the direction of billet movement mainly in the obtuse angles of the trapezoid and in areas adjacent thereto; deformed wheel profile in the corners of the working channel, primarily due to friction wear. It was found that the main causes of surface and internal cracks in the wheel are challenging temperature modes of operation associated with the technology of copper casting on the rotary CCM. Alternating cycles of heating and cooling of individual sections of the casting wheel cause two-dimensional tensile stresses in its internal layers resulting in cracks. An equally important factor in crack formation is further excessive secondary cooling of the wheel with water as it is followed by reheating of the billet surface. However, a lowered temperature gradient of the wheel surface between the cooling areas will reduce the degree of surface deformation, increase the service life and improve the quality of continuously cast billets and finished steel.Представлены результаты изучения влияния состояния рабочей поверхности разливочного колеса роторной машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) на качество медной металлопродукции в условиях современной высокотехнологичной линии непрерывного литья и прокатки производства фирмы «Southwire» в ПАО «Артемовский завод по обработке цветных металлов». В ходе промышленных исследований выявлены основные дефекты рабочей поверхности разливочного колеса, образующиеся в процессе его эксплуатации: поперечные трещины, располагающиеся на рабочей поверхности в плоскостях, перпендикулярных направлению разливки, – как на основании трапеции, так и боковых гранях (длина трещин составляет 10–45 мм с расстоянием между ними 7–40 мм); выбоины, продольные углубления и царапины, наблюдаемые вдоль направления движения заготовки преимущественно в тупых углах трапеции и областях, прилегающих к ним; деформация профиля колеса в углах рабочего канала, обусловленная, прежде всего, износом вследствие трения. Установлено, что основными причинами формирования поверхностных и внутренних трещин в колесе являются сложные температурные режимы работы, связанные с технологией разливки меди на МНЛЗ роторного типа. Чередующиеся циклы нагрева и охлаждения отдельных участков разливочного колеса приводят к возникновению двумерных растягивающих напряжений в его внутренних слоях, вследствие чего образуются трещины. Не менее важным фактором появления трещин следует считать последующее чрезмерное вторичное охлаждение колеса водой, поскольку за ним следует повторный нагрев поверхности заготовки. Вместе с тем снижение градиента температур поверхности колеса между зонами охлаждения будет способствовать уменьшению степени деформации его поверхности и увеличению срока эксплуатации, а также повышению качества непрерывнолитой заготовки и готового проката
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ПЛАВКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ НА СВОЙСТВА И КАЧЕСТВО ОТЛИВОК, ПОЛУЧЕННЫХ ПО ГАЗИФИЦИРУЕМЫМ МОДЕЛЯМ
Get PDFThe development of modern foundry is characterized by a constant increase of requirements to the quality of the casting, the rational use of material resources, the search for new technical and technological solutions to ensure resource conservation along with obtaining the desired properties of castings. At the same time questions to identify and study the impact of the laws of temperature and time parameters of melting and pouring into the mold of aluminum alloys during lost foam casting on integrity, mechanical and quality parameters of thin-walled castings are poorly understood and difficult to implement, especially in view of resource saving measures. This article examines the influence of casting process parameters on strength, integrity and content of nonmetallic inclusions in AK7 alloy castings of the gas analyzer housing cover obtained by lost-foam casting. The dataset obtained on the basis of experimental research was subjected to statistical analysis. Statistical models allowed us to obtain the effect of time of melt holding and the content of recycled materials in the charge on strength and integrity of the specified castings. The effect of the time of AK7 melt holding at 880–890 °С on the content of nonmetallic inclusions in the castings was studied, and it was shown that the holding time variation allows controlling the nonmetallics content. This reduces melt microinhomogeneity and provides more castings with the minimum content of nonmetallic inclusions. Развитие современного литейного производства характеризуется постоянным повышением требований к качеству выпускаемого литья и рациональному использованию материальных ресурсов, что обуславливает поиск новых технических и технологических решений, позволяющих обеспечить наряду с ресурсосбережением получение требуемых свойств литых изделий. При этом вопросы выявления и исследования закономерностей влияния температурно-временных параметров плавки и заливки в литейную форму алюминиевых сплавов при литье по газифицируемым моделям на герметичность, механические и качественные показатели тонкостенных отливок остаются малоизученными и сложными для реализации, особенно с учетом проведения ресурсосберегающих мероприятий. В данной работе рассмотрено влияние технологических параметров плавки на прочность, герметичность и содержание неметаллических включений в отливках крышки корпуса газоанализатора из сплава АК7 при литье по газифицируемым моделям. Полученный на основе экспериментальных исследований массив данных был подвергнут статистической обработке. Использование статистических моделей позволило получить результаты влияния времени выдержки расплава и содержания вторичных материалов в шихте на прочность и герметичность указанных отливок. Результаты изучения влияния длительности выдержки расплава АК7 при температуре перегрева 880–890 °С на содержание неметаллических включений в отливках показали, что его можно регулировать, варьируя время выдержки. Это уменьшает микронеоднородность расплава и обеспечивает получение большего количества отливок с минимальным содержанием неметаллических включений.
СОВМЕСТНОЕ ВЛИЯНИЕ КАЛЬЦИЯ И КРЕМНИЯ НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И СТРУКТУРУ CПЛАВА Al–10%Mg
Get PDFPhase transformations in the Al–Ca–Mg–Si system in the area of aluminum-magnesium alloys were studied using the Thermo-Calc program. The liquidus projection was constructed for this quaternary system at 10 % Mg. It was shown that the following phases can crystallize primarily at 10 % Mg depending on calcium and silicon concentrations (except for the aluminum solid solution (Al)): Al4Ca, Mg2Si and Al2CaSi2. The pattern of quaternary alloy crystallization was studied using a polythermal cross section calculated at 10 % Mg and 84 % Al. It was assumed based on the analysis of phase transformations taking place in the alloys of this section that the Al–Al2CaSi2–Mg2Si quasiternary cross section is present in the Al–Ca–Mg–Si system. 3 experimental alloys were considered for the quantitative analysis of phase composition, namely Al–10%Ca–10%Mg–2%Si, Al–4%Ca–10%Mg–2%Si and Al–3%Ca–10%Mg–1%Si. Metallographic studies and electron probe microanalysis (EPMA) were carried out using the TESCAN VEGA 3 scanning electron microscope. Critical temperatures were determined using the DSC Setaram Setsys Evolution differential calorimeter. The results of the experiments are in good agreement with the calculated data. In particular, a peak at t ~ 450 °C is detected in all alloys, which corresponds to the temperature of the nonequilibrium solidus and the invariant eutectic reaction L → (Al) + Al4Ca + Mg2Si + Al3Mg2.It is found that the structure of the Al–3%Ca–10%Mg–1%Si alloy is closest to that of the eutectic alloy. In terms of density and corrosion resistance, it is not inferior to the AMg10 alloy and even superior in hardness. Therefore, this alloy can be considered as a basis for creating new «natural composite» cast materials.С помощью программы Thermo-Calc исследованы фазовые превращения в системе Al–Ca–Mg–Si в области алюминиево-магниевых сплавов. Построена проекция ликвидуса данной четверной системы при содержании 10 % Mg и показано, что в зависимости от концентраций кальция и кремния первично (кроме алюминиевого твердого раствора (Al)) могут кристаллизоваться фазы Al4Ca, Mg2Si и Al2CaSi2. Характер кристаллизации четверных сплавов изучен с помощью политермического сечения, рассчитанного при концентрациях 10 % Mg и 84 % Al. На основе анализа фазовых превращений, протекающих в сплавах данного разреза, было предположено наличие квазитройного сечения Al–Al2CaSi2–Mg2Si в системе Al–Ca–Mg–Si. Для количественного анализа фазового состава рассмотрены 3 экспериментальных сплава: Al–10%Ca–10%Mg–2%Si, Al–4%Ca–10%Mg–2%Si и Al–3%Ca–10%Mg–1%Si. Металлографические исследования и микрорентгеноспектральный анализ проведены на сканирующем электронном микроскопе TESCAN Vega 3. Критические температуры определены с помощью дифференциального калориметра DSC Setaram Setsys Evolution. Результаты экспериментов хорошо согласуются с расчетными данными: в частности, во всех сплавах на кривых нагрева–охлаждения выявляется пик при t ~ 450 °C, что отвечает температуре неравновесного солидуса и нонвариантной эвтектической реакции L → (Al) + Al4Ca + Mg2Si + Al3Mg2. Установлено, что структура сплава Al–3%Ca–10%Mg–1%Si наиболее близка к эвтектической. По плотности и коррозионной стойкости он не уступает сплаву АМг10 и даже превосходит его по твердости, что позволяет рассматривать этот сплав в качестве основы для создания новых литейных материалов типа «естественных композитов»
Объемные металлические стекла: получение, структура, структурные изменения при нагреве
Get PDFОбъемные металлические стекла систем Pd-Cu-Si и Pd-Ni-P были получены из расплава в 70х-80х годах прошлого века. Однако, ввиду исключительной дороговизны основного компонента палладия долгое время не представляли особого интереса для ученых и инженеров. Относительно недавно объемные металлические стекла (ОМС) с размером слитков до 102 мм были получены в сплавах на основе промышленных металлов: железа, меди, магния и титана, что открыло широкие возможности для их применения. ОМС обладают высокой прочностью, твердостью, износостойкостью, большими значениями упругой деформации и высоким сопротивлением коррозии. В данной работе произведен обзор литературных источников и описаны основные научные достижения в данной области. В то же время, главными не до конца решенными научными проблемами являются описание структуры ОМС, а также процессов стеклования и пластической деформации, а технической задачей, приковывающей внимание ученых разных стран, повышение пластичности и ударной вязкости данных материалов
БОРИРОВАНИЕ ТИТАНА ОТ4 ИЗ ПОРОШКОВЫХ НАСЫЩАЮЩИХ СРЕД
Get PDFThe paper considers the possibility of using boriding media based on boron carbide additionally containing chromium, titanium and silicon, for the diffusion hardening of titanium alloys. As a comparison, boriding is conducted in amorphous boron. The paper studies the microstructure, elemental and phase composition of OT4 titanium alloy diffusion coatings produced by saturation in powder media. Hardening boride layers based on titanium alloy are obtained from saturating media based on amorphous boron and multicomponent mixtures based on boron carbide. In all cases, coating phase composition corresponds to TiB, Ti2B5 and Fe2Ti phases. It is found that 30 to 150 μm thick coatings are formed from powder mixtures by means of diffusion process in the conditions of solid-phase titanium saturation. The paper studies temperature-time conditions of OT4 titanium-based boride layer formation from powder saturating media, and determines optimum modes for functional boride coating formation. The optimum temperature range for the processes of thermochemical titanium borating (900–1150 °C) is determined along with saturation time (2,5 to 5 hours). The paper specifies the maximum thickness of a functional boride coating based on the OT4 titanium alloy: from 180 μm in case of saturation from Bamorph to 240 μm for a mixture of 50%B4C + 20%SiC + 25%CrB2 + 5%NaCl at 950 °C and a saturation time of 4 hours. It should be noted that the maximum coating thickness is the one retained on the surface of the hardened sample.Рассмотрена возможность применения борирующих сред на основе карбида бора, содержащих дополнительно хром, титан и кремний, для диффузионного упрочнения титановых сплавов. Для сравнения проведено борирование в аморфном боре. Исследованы микроструктура, элементный и фазовый составы диффузионных покрытий на титановом сплаве ОТ4, полученных насыщением в порошковых средах. Получены упрочняющие боридные слои на титановом сплаве из насыщающих сред на основе аморфного бора и многокомпонентных смесей на основе карбида бора. Во всех случаях фазовый состав покрытия соответствует фазам TiB, Ti2B5 и Fe2Ti. Выявлено, что в условиях твердофазного насыщения титана из порошковых смесей за счет процесса диффузии формируются покрытия толщиной от 30 до 150 мкм. Изучены температурно-временные условия образования боридных слоев на титане ОТ4 из порошковых насыщающих сред и установлены оптимальные режимы для формирования работоспособных боридных покрытий. Определен оптимальный температурный интервал для процессов химико-термического борирования титана (900–1150 °С) и время насыщения (от 2,5 до 5 ч). Установлена максимальная толщина работоспособного боридного покрытия на титановом сплаве ОТ4: от 180 мкм в случае насыщения из Ваморф и до 240 мкм – для смеси 50%B4C + 20%SiC + 25%CrB2 + 5%NaCl при температуре 950 °С и времени насыщения 4 ч. При этом необходимо отметить, что наибольшей толщиной покрытия считалась та, которая сохраняется на поверхности упрочненного образца