Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy / Известия вузов. Цветная металлургия
Not a member yet
659 research outputs found
Sort by
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УКРЫТИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ СОДЕРБЕРГА
Get PDFThe Soderberg aluminum reduction technology is associated with high pollutant emissions including gaseous and poorly soluble fluorides. Currently, conventional VSS cells equipped with a standard gas skirt and a burner do not meet the modern hooding efficiency requirements. The existing technology must be upgraded in order to comply with environmental regulations. The environmentally friendly Soderberg technology implemented with an upgraded gas skirt and a fundamentally new 4-dome gas removal system ensures daily average hooding efficiency of 97,4 %.Получение алюминия на электролизерах Содерберга сопряжено с выбросами в атмосферу большого количества загрязняющих веществ, включая газообразные и плохо растворимые фториды. В настоящее время рядовые электролизеры Содерберга, оснащенные стандартным газосборным колоколом и горелочными устройствами, не отвечают современным требованиям по эффективности укрытия. Для достижения нормативных экологических требований необходима модернизация существующей технологии. Внедрение технологии экологичного Содерберга, оснащенного модернизирован- ным газосборным колоколом и принципиально новой четырехкупольной системой газоудаления, обеспечивает среднесуточную эффективность укрытия 97,4 %
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССА ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ СУЛЬФАТИЗИРОВАННЫХ ОГАРКОВ ОБЖИГА МЕДНО-ЦИНКОВЫХ ПРОМПРОДУКТОВ
Get PDFThe paper presents results obtained in the analysis of thermodynamic properties and research findings on kinetic regularities of the leaching process of a new type of sulfated copper-zinc middlings formed when removing sulfide materials which cannot be effectively filtered out by flotation. Analysis of kinetic curves shows that for any acid concentration in the range of 0–20 g/dm3, the reaction rate at the start time (30 min) differs markedly from the subsequent period. At the start time the rate is controlled only by external diffusion, and after 30 minutes of the process time the kinetic hindrances begin to occur. The paper determines the order of cinder leaching reactions: 1,0±0,1 for copper, 0,87±0,1 for zinc, 0,56±0,1 for iron. The results of calculating the apparent leaching reaction rate constant showed its weak temperature dependence, which correlates well with thermodynamic analysis data.Представлены результаты анализа термодинамических характеристик и исследования кинетических закономерностей процесса выщелачивания нового вида сульфатизированных медно-цинковых промпродуктов, получаемых при выводе сульфидных материалов, не поддающихся эффективной селекции методом флотации. При анализе кинетических кривых установлено, что при любой концентрации кислоты в диапазоне 0–20 г/дм3 скорость реакции резко отличается в начальный момент времени (30 мин) и последующий период. В первоначальный момент скорость контролируется только внешней диффузией, а по истечении 30 мин процесса начинают проявляться кинетические затруднения. Определены порядки реакций выщелачивания огарка: 1,0±0,1 по меди, 0,87±0,1 по цинку, 0,56±0,1 по железу. Результаты расчета кажущейся константы скорости реакции выщелачивания показали слабую зависимость ее от температуры, что хорошо кор-релирует с данными термодинамического анализа
КИНЕТИКА И МЕХАНИЗМ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОКИСЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В СИСТЕМЕ ZrB2–SiC–MoSi2
Get PDFThe paper focuses on the production of compact ceramics ZrB2–SiC–(MoSi2) using the hybrid SHS + HP technology, as well as on its phase composition, structure and high-temperature oxidation kinetics. Reaction mixtures were obtained according to the following scheme: mechanical activation of Si + C powders; wet admixing of Zr, B and MA powders of Si + C mixture; drying of mixtures in a drying cabinet. The composite SHS powder ZrB2–SiC was obtained in the SHS-reactor in combustion mode by element synthesis.Compact samples were produced using the hot pressing method by SHS powder consolidation. Resulting samples characterized by a homogeneous structure and low residual porosity not exceeding 1,3 %. In total, two compositions were chosen for tests: the first one rated for ZrB2 + 25 % SiC formation, the second one similar to the first one, but with the addition of 5 % commercial MoSi2 powder. The microstructure of samples is represented by dispersed dark gray rounded SiC grains distributed among the light faceted ZrB2 grains.The sample with the MoSi2 additive has a more finely dispersed structure. High-temperature oxidation of samples at 1200 °С forms complex oxide films SiO2–ZrO2–(B2O3) about 20–30 μm in thickness on their surface, which serve as an effective diffusion barrier and reduce oxidation rate. The complex ZrSiO4 oxide is also present in the oxide film structure after long holding times (more than 10 hours). In addition, after 10 hours of testing, a slight decrease in the mass of the samples is observed, which is due to the volatilization of B2O2, CO/CO2, MoO3 gaseous oxidation products. The sample with MoSi2 added demonstrates better resistance to oxidation.Работа посвящена получению по гибридной технологии (самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) + горячее прессование) компактной керамики ZrB2–SiC–(MoSi2), а также изучению ее фазового состава, структуры и кинетики высокотемпературного окисления. Реакционные смеси готовили по следующей схеме: механическое активирование (МА) порошков Si + C; мокрое смешение порошков Zr, B и МА-смеси Si + C; сушка смесей в сушильном шкафу.В реакторе в режиме горения путем элементного синтеза получен композиционный СВС-порошок ZrB2–SiC. Методом горячего прессования СВС-порошка получены компактные образцы, характеризующиеся однородной структурой и низкой остаточной пористостью, не превышающей 1,3 %. Для испытаний были выбраны два состава: первый, рассчитанный на образование ZrB2 + 25 % SiC; второй аналогичен первому, но с добавкой 5 % готового порошка MoSi2. Микроструктура образцов представлена дисперсными темно-серыми округлыми зернами SiC, распределенными среди светлых ограненных зерен ZrB2. Образец с добавкой MoSi2 имеет более мелкодисперсную структуру. В результате высокотемпературного окисления образцов при температуре 1200 °C на их поверхности формируются комплексные оксидные пленки SiO2–ZrO2–(B2O3) толщиной порядка 20–30 мкм, служащие эффективным диффузионным барьером и снижающие скорость окисления. В их структуре после длительных выдержек (более 10 ч) также присутствует сложный оксид ZrSiO4. Кроме того, после 10 ч испытаний наблюдается незначительная убыль массы образцов, что обусловлено улетучиванием газообразных продуктов окисления (B2O2, CO/CO2, MoO3). Образец с добавкой MoSi2 продемонстрировал лучшую стойкость к окислению
СРАВНЕНИЕ СКЛОННОСТИ К ПИТТИНГОВОЙ КОРРОЗИИ ОТЛИВОК ИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ СПЛАВОВ Al6Ca, Al1Fe, Al6Ca1Fe И ПРОМЫШЛЕННОГО СПЛАВА AK12M2
Get PDFThe study covers the electrochemical and corrosion behavior of 4 alloys (wt.%): Al–6Ca (Al6Ca), Al–6Ca–1Fe (Al6Ca1Fe), Al–1Fe (Al1Fe), AK12M2. High Fe content (up to 1 %) in the alloys is required for high productivity of die-casting processes. Electrochemical tests were conducted in the 3 % NaCl aqueous solution at 26±0,5 °С using the IPC-Pro 3A (IPC-2000) digital potensiostat. Potentiodynamic anodic polarization was performed at a scan rate of 1 mV/s. The initial polarization potential was –800 mV (SHE). The potential scanning direction was reversed at a «critical» current density icr = 10 mA/cm2 with the same scan rate of polarization. The tendency of the alloy for pitting formation was determined by the Qdir/Qrev ratio (the amounts of electricity passed through the electrode before pits occur and before repassivation) and the bases of pitting resistance: difference between the pitting potential (Epit) and the equilibrium potential (Eeq); difference between the repassivation potential (Erep) and the equilibrium potential (Eeq). Corrosion tests of cast aluminum alloys were carried out by holding the samples in a salt spray chamber and in the 3 % NaCl aqueous solution for 700 h. The Olympus GX51 optical microscope was used to assess the morphology of sample surfaces after their holding. It is found that the Al6Ca1Fe and Al6Ca experimental alloys placed in the 3 % NaCl aqueous solution are not susceptible to pitting corrosion as opposed to the AK12M2 industrial alloy and Al1Fe. It is assumed that the higher corrosion resistance of Al6Ca1Fe is due to the entry of Fe into the Al10CaFe2 intermetallide. The intermetallide is not an effective cathode with respect to Fe due to significant negative potentials of Al and Ca. Al6Ca1Fe is a promising alloy for industrial use due to its high casting and mechanical properties that are not inferior to the eutectic silumin alloy and even surpass it in terms of corrosion resistance.Исследовано электрохимическое и коррозионное поведение 4 сплавов (мас.%): Al–6Ca (далее Al6Ca), Al–6Ca–1Fe (далее Al6Ca1Fe), Al–1Fe (далее Al1Fe), АК12M2. Повышенное содержание железа (до 1 %) в сплавах необходимо для высокой производительности процессов литья под давлением. Электрохимические исследования проводили в 3 %-ном водном растворе NaCl при температуре 26±0,5 °С с помощью цифрового потенциостата IPC-Pro 3A (IPC-2000). Анодную поляризацию осуществляли в потенциодинамическом режиме при скорости развертки потенциала 1 мВ/с. Начальный потенциал поляризации составлял –800 мВ (по отношению к стандартному водородному электроду). При «критической» плотности тока iкр = 10 мА/см2 изменяли направление развертки потенциала на обратное, проводя поляризацию с той же скоростью. О склонности сплавов к питтингообразованию судили по отношению количеств электричества, прошедших через электрод до питтингообразования и до их репассивации (Qпрямой/Qобратный), и значениям базисов питтингостойкости: разности потенциала питтингообразования и стационарного потенциала; разности потенциала репассивации и стационарного потенциала. Коррозионные испытания литейных алюминиевых сплавов проводили, выдерживая образцы в камере соляного тумана и в 3 %-ном водном растворе NaCl в течение 700 ч. После этих выдержек изучали морфологию поверхности образцов с помощью оптического микроскопа «Olympus GX51». Установлено, что экспериментальные сплавы Al6Ca1Fe и Al6Ca, в отличие от Al1Fe и промышленного сплава АК12М2, не подвержены питтинговой коррозии в 3 %-ном водном растворе NaCl. Высказано предположение, что повышенная коррозионная стойкость сплава Al6Ca1Fe обусловлена тем, что железо входит в интерметаллид Al10CaFe2, который не является эффективным катодом вследствие значительных отрицательных потенциалов у Al и Ca. Благодаря высоким литейным и механическим свойствам сплава Al6Ca1Fe, которые не уступают свойствам эвтектического силумина и превосходят его по коррозионной стойкости, экспериментальный сплав Al6Ca1Fe является перспективным для использования в промышленном масштабе
ПРЕССОВЫЙ УЗЕЛ УСТАНОВКИ CONFORM ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПРЕССОВАНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Get PDFThe study covers technology features of making pressed items of non-ferrous metals by Conform continuous forming. The analysis of pressing equipment designs identified a disadvantage typical for many Conform units – the lack of connection between the system for securing the fixed part of the split container (shoe) and the impeller shaft. Therefore, it is impossible to ensure a controlled gap between the shoe and the groove bottom during the operation, which results in unstable bar stock feeding to the die. The paper aimed at the development of a new shoe attachment system to ensure a steady flow of continuous metal extrusion process. This provides for forming a rigid and strong connection between the shoe and the impeller shaft using the system of levers and rods. An upgraded die assembly was proposed to solve this problem. The drive components and working parts of the pilot Conform unit were designed based on power calculations made for extrusion of aluminum and copper alloys using the formulas provided in the technical literature. The obtained results were used for strength calculations of die assembly parts following the known methods. The practical use of the design proposed in the paper will provide new opportunities to make pressed steel items of non-ferrous metals with a consistently high level of properties. Рассмотрены технические особенности схемы получения пресс-изделий из цветных металлов непрерывным прессованием способом Conform. На основании анализа разновидностей конструкции прессового оборудования выявлен характерный для многих установок Conform недостаток – отсутствие связи между системой крепления неподвижной части разъемного контейнера (башмака) с валом приводного колеса. Это не позволяет в процессе работы установки соблюдать контролируемый зазор между башмаком и дном канавки, что, в свою очередь, нарушает стабильность подачи прутковой заготовки к матрице. Цель работы заключалась в создании новой системы крепления башмака, обеспечивающей стабильное протекание процесса непрерывного экструдирования металла. При этом ставилась задача создания жесткой и прочной связи между башмаком и валом рабочего колеса системой рычагов и тяг. Для ее решения предложена модернизированная конструкция прессового узла установки. Проектирование элементов привода и рабочих частей опытной установки Conform проводилось на основании расчетов энергосиловых параметров экструдирования алюминиевых и медных сплавов, значения которых определялись по формулам, приведенным в технической литературе. Полученные результаты использованы при прочностных расчетах деталей прессового узла по известным методикам. Практическое использование предложенной в работе конструкции откроет новые возможности в получении прессованной металлопродукции из цветных металлов со стабильно высоким уровнем свойств.
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ, ПЛОТНОСТЬ И ТЕМПЕРАТУРА ЛИКВИДУСА ЭКВИМОЛЬНОЙ СМЕСИ KCl–PbCl2 С ДОБАВКАМИ ОКСИДА СВИНЦА
Get PDFThe paper studies the effect of an additive component PbO (up to 8,1 mol.%) on physical and chemical properties of the KCl–PbCl2 molten system. The study experimentally measures temperature of primary crystallization of selected electrolyte compositions. It uses the method of impedance measuring in cells with parallel electrodes and finds dependencies of electrolyte conductivity on the temperature and PbO content. It uses Archimedean method to measure temperature dependence of the KCl–PbCl2 equimolar melt density containing up to 8,1 mol.% of lead oxide, and calculates values of molar volumes. The paper demonstrates that concentration dependence of the molar volume is of an extreme nature.Исследовано влияние добавки PbO (до 8,1 мол.%) на физико-химические свойства расплавленной системы KCl–PbCl2.Экспериментально определены температуры первичной кристаллизации выбранных составов электролитов. Методом измерения импеданса в ячейках с параллельными электродами получены зависимости электропроводности электролитов от температуры и содержания PbO. Методом Архимеда измерена температурная зависимость плотности эквимольного расплава KCl–PbCl2, содержащего до 8,1 мол.% оксида свинца, и вычислены величины мольных объемов. Показано, что концентрационная зависимость мольного объема имеет экстремальный вид
ВЛИЯНИЕ МАЛЫХ ДОБАВОК КАЛЬЦИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СПЛАВА МЛ5 (AZ91)
Get PDFThe influence of calcium additives (from 0,1 to 1,0 wt.%) on the phase composition and the solidus temperature of ML5 magnesium alloy was studied. During the alloy crystallization in the presence of aluminum, calcium forms an intermetallic compound with a variable composition containing Al (53,4–57,4 %), Ca (42,6–42,8 %) and Mg (0,002–3,8 %). As the temperature decreases, this compound degenerates to Al2Ca combination. The impact of calcium on the number of Mg17Al12 and Al2Ca phases as well as its distribution in the structure of the cast and heat-treated ML5 alloy was analyzed. By means of the electron microprobe analysis, it was found that calcium and aluminum were concentrated along the boundaries of the solid magnesium solution. It was shown that satisfactory mechanical properties of magnesium alloys containing calcium could only be acquired by their smelting and casting according to the process preventing metal contamination with rough inclusions. It was found that small calcium additions (up to 1 wt.%) increased combustion temperature and reduced the oxidation of the alloy at elevated temperatures (up to 715 °C). The effect of sulfur hexafluoride on the loss of calcium in flux-free melting was found. Исследовано влияние добавок кальция (от 0,1 до 1,0 мас.%) на фазовый состав и температуру солидуса магниевого сплава МЛ5. Кальций в процессе кристаллизации сплава в присутствии алюминия переходит в интерметаллическое соединение переменного состава, содержащее Al (53,4–57,4 %), Са (42,6–42,8 %), Mg (0,002–3,8 %), которое вырождается с понижением температуры в соединение Al2Ca. Проанализировано влияние кальция на количество фаз Mg17Al12 и Al2Ca и его распределение в структуре литого и термообработанного сплава МЛ5. С помощью микрорентгеноспектрального анализа выявлено, что кальций и алюминий концентрируются по границам твердого магниевого раствора. Показано, что для получения удовлетворительных механических свойств выплавку и заливку магниевых сплавов, содержащих кальций, необходимо проводить по технологическому процессу, предотвращающему загрязнение металла грубыми включениями. Установлено, что малые добавки кальция (до 1 мас.%) повышают температуру возгорания и снижают окисляемость сплава при повышенных температурах (до 715 °С). Определено влияние элегаза на угар кальция в процессе бесфлюсовой плавки.
УВЕЛИЧЕНИЕ УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭВТЕКТИЧЕСКОГО СИЛУМИНА ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКОЙ
Get PDFEutectic silumin was processed with a high-intensity pulsed electron beam, and a multi-fold increase in the material fatigue life was discovered. Scanning electron microscopy was used to study the modified layer structure and the fracture surface of silumin subjected to high-cycle fatigue breakdown tests. The factors responsible for the increase in fatigue life of silumin were identified and analyzed. Осуществлена обработка силумина эвтектического состава высокоинтенсивным импульсным электронным пучком и выявлено кратное увеличение усталостной долговечности материала. Методами сканирующей электронной микроскопии проведены исследования структуры модифицированного слоя и поверхности разрушения силумина, подвергнутого усталостным многоцикловым испытаниям до разрушения. Установлены и проанализированы факторы, ответственные за увеличение его усталостной долговечности.
ТВЕРДОСТЬ, АДГЕЗИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ И ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АДАПТИВНЫХ НАНОСТРУКТУРНЫХ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ВАКУУМНО-ДУГОВЫХ ПОКРЫТИЙ (Ti,Al)N–Mo2N
Get PDFThe article reviews the properties of nanostructured multilayer coatings (Ti, Al)N–Mo2N obtained by plasma-ion vacuum arc deposition method (arc-PVD). The thickness of coating layers was comparable to the size of a grain, which was about 30–50 nm. Coating hardness reached 40 GPa with relative plastic work of deformation of about 60 %. It was found by the measuring scratching method that cohesive nature of coating destruction takes place entirely by a plastic strain mechanism, which was the evidence of its high viscosity. Local coating abrasion to a substrate level occurred at a load in the order of 75 N. Under test conditions as per «pin-on-disk» scheme using the opposing Al2O3 element at a load of 5 N, coating friction factor was equal to 0,35 and 0,50 at 20 °C and 500 °C respectively. Besides, it was practically not worn due to formation of MoO3 oxide in the friction zone (Magneli phase) which served as a solid lubricant. The increase in friction factor and appearance of significant wear were observed with further rising of test temperature. Such effect was due to intensified sublimation of MoO3 from friction surfaces with subsequent reduction of its lubricating efficiency.Исследованы свойства наноструктурных мультислойных покрытий состава (Ti,Al)N–Mo2N, полученных методом ионно-плазменного вакуумно-дугового осаждения (arc-PVD). Толщина слоев покрытия сопоставима с размером зерна, который составлял порядка 30–50 нм. Твердость покрытий достигала 40 ГПа с относительной работой пластической деформации около 60 %. Методом измерительного царапания установлено, что когезионный характер разрушения покрытия происходит исключительно по механизму пластического деформирования, что свидетельствует о высокой его вязкости. Локальное истирание покрытия до подложки происходило при нагрузке порядка 75 Н. Коэффициент трения покрытия в условиях испытаний по схеме «стержень–диск» с применением контртела из Al2O3 при нагрузке 5 Н составлял 0,35 и 0,50 при температурах 20 и 500 °C соответственно. При этом оно практически не изнашивалось из-за образования в зоне трения оксида MoO3 (фазы Магнели), работающего в качестве твердого смазывающего материала. При дальнейшем повышении температуры испытания наблюдалось повышение коэффициента трения и появление заметного износа, что связано с интенсификацией процессов сублимации MoO3 с рабочих поверхностей и снижением эффективности его работы как смазывающего материала
РАЗРАБОТКА УПРОЧНЯЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЗАНИЯ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ20
Get PDFTechnological principles to improve performance of end mills made of R6M5K5 high-speed steel are considered by hardening of their cutting edges with ion nitriding as well as by complex hardening (ion nitriding and application of composite wear-resistant coating based on metal nitrides). A batch of mills was tested for resistance to optimize the nitriding conditions. The optimum hardening mode that provides the highest resistance of end mills in the processing of VT20 titanium alloy was chosen. The compositions of wearresistant coatings were proposed according to the experimental data of their effect on the end mill resistance. The impact of cutting conditions on the hardened tool resistance was determined. A theoretical analysis was performed as regards the results of hardened cutter performance tests. Рассмотрены технологические принципы повышения работоспособности концевых фрез, выполненных из быстрорежущей стали Р6М5К5, путем упрочнения режущей части этих фрез ионным азотированием и комплексного упрочнения (ионное азотирование и нанесение композиционного износостойкого покрытия на основе нитридов металлов). Для оптимизации режимов азотирования проведены испытания на стойкость партии фрез. Выбран оптимальный режим упрочнения, обеспечивающий наибольшую стойкость концевых фрез при обработке титанового сплава ВТ20. На основе экспериментальных данных о влиянии состава покрытий на стойкость концевых фрез предложены составы износостойких покрытий. Установлено влияние режимов резания на стойкость упрочненного инструмента. Проведен теоретический анализ результатов испытаний работоспособности упрочненного режущего инструмента