Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy / Известия вузов. Цветная металлургия
Not a member yet
659 research outputs found
Sort by
Формирование структуры и фазового состава литых алюмоматричных композитов при многократных переплавах
Get PDFThe lack of understanding as to the nature of interfacial interaction between reinforcing particles and the matrix alloy during repeated remelting of cast composite materials is one of the problems hindering the expansion of their industrial application. This research is aimed at establishing the effect of repeated remelting of AK12 + 10 vol.% SiC aluminum matrix composites on the retention and chemical stability of silicon carbide reinforcing particles. It is shown that an increase in the number of remelting iterations is not accompanied by any new phases appearing at the interfaces between particles and the matrix, which indicates the stability of the SiC reinforcing phase in aluminumsilicon melts under the considered temperature-time and concentration conditions. Repeated remelting of aluminum matrix composites with silicon carbide shifts the particle distribution uniformity towards a more uniform distribution degree (on average 0.81046 at the first remelting iteration, 0.6901 at the second one and 0.5609 at the third one) and slightly reduces their average sizes (from 70.74 μm at the first iteration to 65.76 μm at the second one and 61.21 μm at the third one), apparently due to particle fragmentation that leads to an increase in the quantity of finer particles. At the same time, the share of the area occupied by particles in the section regions under consideration remains practically unchanged (10.9293, 10.9607 and 11.6483 % at the first, second and third remelting iterations, respectively). In the course of repeated remelting of Al–SiC aluminum matrix composites, processes of reinforcing particle redistribution occur that lead to the destruction of agglomerates even without intensive mixing with an impeller. Due to this, the uniformity of particle distribution in the structure of secondary aluminum matrix composite ingots can be significantly improved.Недостаточное понимание характера межфазного взаимодействия армирующих частиц с матричным сплавом при многократных переплавах литых композиционных материалов является одной из проблем, ограничивающих увеличение объемов их промышленного применения. Настоящая работа направлена на установление влияния многократных переплавов алюмоматричных композитов AK12 + 10 об.% SiC на сохранение и химическую стабильность армирующих частиц карбида кремния. Показано, что увеличение количества итераций переплава не сопровождается появлением новых фаз на границах раздела частиц с матрицей, что свидетельствует о стабильности армирующей фазы SiC в алюминиево-кремниевых расплавах при рассмотренных температурно-временных и концентрационных условиях. При повторных переплавах алюмоматричных композитов с карбидом кремния происходит смещение степени равномерности распределения частиц в сторону более однородного распределения (в среднем 0,81046 на первой итерации переплава, 0,6901 – на второй и 0,5609 – на третьей) и некоторое уменьшение их средних размеров (с 70,74 мкм на первой итерации до 65,76 мкм – на второй и 61,21 мкм – на третьей), по-видимому, за счет фрагментации частиц, приводящей к росту количества более мелкой фракции. При этом доля площади, занимаемой частицами на рассматриваемых участках шлифа, остается практически неизменной (10,9293, 10,9607 и 11,6483 % соответственно на 1-й, 2-й и 3-й итерациях переплава). В ходе повторных переплавов алюмоматричных композитов системы Al–SiC происходят процессы перераспределения армирующих частиц, приводящие к разрушению агломератов даже в отсутствие интенсивного перемешивания импеллером. За счет этого равномерность распределения частиц в структуре слитков вторичных алюмоматричных композитов может быть существенно улучшена
Конечно-элементный анализ напряженно-деформированного состояния очага деформации заготовки из УМЗ Ti Grade 4, подвергнутой безабразивной ультразвуковой финишной обработке
Get PDFAn effective approach to increasing the fatigue resistance of metal products is to create compressive residual stresses on the surface of the product using surface plastic deformation (SPD) processing. One of the effective SPD methods is the process of abrasive-free ultrasonic finishing (AFUF). Another well-known approach to improving mechanical properties including fatigue resistance is to create an ultrafinegrained (UFG) structural state in the product. This research focuses on the finite-element study of the stress-strain state of a UFG workpiece subjected to SPD by the AFUF method. Commercially pure Grade 4 titanium in the UFG state obtained by the ECAP-Conform method was chosen as a workpiece material. In the course of the study, the stress-strain state of the deformation zone was analyzed after a single indentation with subsequent unloading under the elastic-plastic scenario. The effect of the indenter oscillation amplitude and its geometry on radial residual stresses including their depth of occurrence, average normal stress and strain intensity was analyzed. It was found that as the indenter radius increases, the strain intensity (e) value decreases. The e parameter distribution has a gradient nature with a decrease in values from the surface to the center of the workpiece. An analysis of simulation results shows that radial residual stresses in the deformation zone are predominantly compressive, and, accordingly, they will increase the fatigue resistance of the finished product. It was established that as the indenter oscillation amplitude increases, the values of compressive radial residual stresses also increase. Their maximum values reach 540 MPa at an amplitude of 75 μm with the depth of these stresses up to 0.3 mm. An increase in the indenter radius, i.e. in fact the contact area, leads to an increase in the magnitude of compressive radial residual stresses with an almost linear behavior.Эффективным подходом к повышению сопротивления усталости металлических изделий является создание на поверхности изделия сжимающих остаточных напряжений с помощью его обработки методами поверхностного пластического деформирования (ППД). Один из эффективных методов ППД – процесс безабразивной ультразвуковой финишной обработки (БУФО). Также известным подходом к повышению механических характеристик, в том числе усталостного сопротивления, является создание в изделии ультрамелкозернистого (УМЗ) структурного состояния. Настоящая работа посвящена исследованию с помощью конечно-элементного анализа напряженно-деформированного состояния УМЗ-заготовки, подвергнутой ППД методом БУФО. В качестве материала заготовки выбран технически чистый титан марки Grade 4 в УМЗ-состоянии, полученный методом равноканального углового прессования по схеме «Конформ» (РКУП-К). В ходе исследования проведен анализ напряженно-деформированного состояния очага деформации после однократного удара индентора с последующей разгрузкой в упругопластической постановке задачи. Рассмотрено влияние амплитуды колебаний индентора и его геометрических характеристик на радиальные остаточные напряжения, в том числе глубину их залегания, среднее нормальное напряжение и интенсивность деформации. Установлено, что с увеличением радиуса индентора снижается значение интенсивности деформации (e). Характер распределения параметра e – градиентный, с уменьшением значений от поверхности к центру заготовки. Анализ результатов моделирования показывает, что радиальные остаточные напряжения в области очага деформации являются преимущественно сжимающими и, соответственно, позволят повысить сопротивление усталости готового изделия. Выявлено, что с увеличением амплитуды колебаний индентора возрастают и значения сжимающих радиальных остаточных напряжений – их максимум достигает 540 МПа при амплитуде 75 мкм с глубиной залегания этих напряжений до 0,3 мм. Увеличение радиуса индентора, т.е. фактически площади контакта, ведет к повышению величины сжимающих радиальных остаточных напряжений, причем практически линейно
Влияние высокоэнергетической обработки в планетарной шаровой мельнице на микроструктуру, фазовый состав и микротвердость сплава Al–Mn–Cu
No full text X-ray diffraction and scanning electron microscopy methods were used to study the effect of the planetary ball mill treatment time on the morphology, phase composition and microstructure of the Al–Mn–Cu-based alloy granules with and without nanodiamond particles. The phase composition of the alloy was determined by X-ray diffraction after casting and milling for 5–20 h. It was shown that nanodiamond particles promote granule coarsening, and this is especially noticeable with an increase in the milling time up to 20 h. At the same time, the size of initial alloy granules weakly depends on the processing time. Cu-bearing phases of crystallization origin dissolve during mechanical alloying. The lattice constant of the aluminum solid solution decreases after 5-hour treatment to 0.4028–0.4030 nm, and increases with further increasing milling time. Exothermic effects associated with the precipitation of secondary phases were revealed for mechanically alloyed granules during heating. An increase in the milling time reduces the intensity of peaks. The solidus temperature of samples decreased after mechanical alloying. For the nanodiamond-bearing sample, an exothermic effect is observed which can be ascribed to the aluminum carbide formation or oxidation reactions in nanodiamond particles. The maximum microhardness is achieved after 5–10 h of mechanical alloying, and the nanodiamond particles slightly increase the maximum microhardness from 316 to 330 HV. The results indicate the dissolution of copper and manganese in the aluminum solid solution after 5 h of treatment and their precipitation with the increasing milling time. Nanodiamond particles have no effect on the dissolution of elements but accelerate the solid solution decomposition with the increasing treatment time. Методами рентгенофазового и рентгеноструктурного анализов, электронной сканирующей микроскопии исследовано влияние времени обработки в планетарной шаровой мельнице на морфологию, фазовый состав и микроструктуру гранул сплава системы Al–Mn–Cu с частицами наноалмаза и без них. Фазовый состав сплава определен методом рентгенофазового анализа после литья и обработки в течение 5–20 ч. Показано, что частицы наноалмаза способствуют огрублению гранул, особенно выраженному с увеличением времени размола до 20 ч. При этом размер гранул исходного сплава слабо зависит от времени обработки. В процессе механического легирования происходит растворение фаз кристаллизационного происхождения, имеющих в составе медь. Период решетки алюминиевого твердого раствора уменьшается после 5-часовой обработки до 0,4028–0,4030 нм, а с увеличением времени размола возрастает. При нагреве механически легированных гранул выявлены экзотермические эффекты, связанные с выделением вторичных фаз, а при более продолжительном времени размола интенсивность пиков уменьшается. Температура солидуса образцов после механического легирования снижается, при этом в образце с частицами наноалмаза наблюдается экзотермический эффект, который может быть связан с образованием карбида алюминия, окислительными реакциями в частицах наноалмаза. Максимальные значения микротвердости гранул достигаются после 5–10 ч механического легирования, при этом наличие частиц наноалмаза незначительно повышает максимум микротвердости с 316 до 330 HV. Полученные результаты говорят о растворении меди и марганца в алюминиевом твердом растворе после 5 ч обработки и их выделении при большем времени размола. Частицы наноалмаза не влияют на растворение элементов, но ускоряют распад твердого раствора с увеличением времени обработки
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОЗОНА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
No full textThe paper summarizes the results of studies on the use of ozone for the extraction of non-ferrous, rare and noble metals from ores, beneficiation concentrates and technogenic raw materials identified from world scientific publications and in patent literature since the early 20th century. Ozone is a strong oxidizing agent with an oxidizing potential 1.5 times higher than the potential of chlorine in an acidic environment. Even refractory metals and minerals dissolve with ozone. Metal extraction from mineral raw materials using ozone does not contaminate processed products or generate any hazardous waste. The paper presents a significant number of studies on the use of ozone to dissolve gold and other noble metals in mineral acids showing an increase in the extraction of metals into the solution. The cyanide and thiourea leaching of gold from mineral raw materials with the replacement of oxygen with ozone was investigated. The paper provides the results of the vat and heap leaching of non-ferrous and noble metals using ozone obtained by air or oxygen irradiation with ultraviolet light, in particular with the use of photoelectrochemical treatment. These results were used as a basis for patenting new technologies. The effectiveness of ozone used in the flotation concentration of mineral raw materials, purification and detoxification of solutions and solid products of metallurgical processing, regeneration of other oxidants, metal extraction from process solutions was evaluated. The results of studies on using ozone for the vat leaching of metals from refractory sulfide ores and sulfide beneficiation concentrates in an acid solution, and the study of the ozone-assisted oxidation kinetics of copper, iron, zinc, and molybdenum sulfide minerals are summarized. The paper provides and analyzes the results of using ozone in a combination with other oxidants – hydrogen peroxide and iron (III) ions – for metal extraction from sulfide mineral raw materials in a sulfuric acid. According to the results of most of the studies carried out, it can be concluded that the use of ozone is effective for metal extraction from mineral raw materials as it improves process performance (metal extraction into the solution, selectivity of metal extraction from complex raw materials), and reduces processing time.Обобщены результаты исследований применения озона для извлечения цветных, редких и благородных металлов из руд, концентратов обогащения и техногенного сырья, выявленные из мировых научных публикаций и в патентной литературе с начала XX века. Озон является сильным окислителем, окислительный потенциал которого в 1,5 раза превышает потенциал хлора в кислой среде. С участием озона растворяются даже упорные металлы и минералы. Его использование для извлечения металлов из минерального сырья не сопровождается загрязнением продуктов переработки и образованием вредных отходов. Представлено значительное количество исследований применения озона для растворения золота и других благородных металлов в минеральных кислотах, показывающих повышение извлечения металлов в раствор. Исследованы цианидное и тиокарбамидное выщелачивание золота из минерального сырья при замене кислорода озоном. Приведены результаты чанового и кучного выщелачивания цветных и благородных металлов с применением озона, полученного облучением воздуха или кислорода ультрафиолетом, в частности с использованием фотоэлектрохимической обработки, по результатам которых запатентованы новые технологии. Дана оценка эффективности применения озона для флотационного обогащения минерального сырья, очистки и обезвреживания растворов и твердых продуктов металлургической переработки, регенерации других окислителей, извлечения металлов из технологических растворов. Обобщены результаты исследований применения озона для чанового выщелачивания металлов из упорных сульфидных руд и сульфидных концентратов обогащения в растворе кислоты, а также изучения кинетики окисления с участием озона сульфидных минералов меди, железа, цинка и молибдена. Приведены и проанализированы результаты использования сочетания озона с другими окислителями – пероксидом водорода и ионами железа (III) – для извлечения металлов из сульфидного минерального сырья в растворе серной кислоты. По результатам большинства проведенных исследований можно заключить, что применение озона эффективно для извлечения металлов из минерального сырья: повышаются технологические показатели процессов (извлечение металлов в раствор, селективность извлечения металлов из комплексного сырья) и снижается продолжительность переработки
Изучение влияния добавок Ti, Sr и B на жидкотекучесть алюминиевого сплава А356.2 (АК7пч)
Get PDFNowadays, aluminum alloys with silicon are the most widespread construction materials. To increase the mechanical properties of aluminum alloys, modifying by Sr, Ti, and B are used. However, in the foundries, when using scrap and secondary aluminum alloys, the modifying elements are accumulated in alloys in the form of intermetallic particles that decrease castability. This is because of the modifiers have a short time effect and are not activated when remelting. Hence it is necessary to add the modifiers without reference to intermetallic particles that are exactly presented in the melt. This work investigated the effect of Sr, Ti, and B additions on A356.2 aluminum alloy fluidity obtained by vacuum fluidity test. It was shown that when AlSr10 and AlTi5B1 commercial master alloys are used (up to 0.3 wt.% Sr and 0.5 wt.%Ti), no fluidity decrease is observed. However, adding the same quantity of Ti with the homemade AlTi4 master alloy leads to a considerable fluidity decrease. With the help of scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), the microstructure and phase composition of master alloys and A356.2 alloy after the addition of mentioned master alloys were investigated. Additionally, Thermo- Calc software evaluated the influence of modifier additions on alloy phase composition and phase transition temperatures. It was established that the influence of the modifier additions on the fluidity of the A356.2 alloy is connected with the shape and size of crystals that contained modifier elements in the structure of the master alloy. When the coarse crystals of that phases are present, these crystals’ incomplete dissolution is possible, inhibiting the free melt flow.В настоящее время сплавы алюминия с кремнием являются одними из наиболее распространенных конструкционных материалов. Для улучшения механических свойств алюминиевых сплавов в основном применяется модифицирование Sr, Ti и B. Однако на предприятиях при использовании возврата собственного производства и вторичных сплавов модифицирующие элементы накапливаются в сплаве в виде интерметаллидных частиц, что может приводить к снижению технологических свойств. Это связано с тем, что используемые модификаторы обладают краткосрочным действием и при переплаве не активируется, а следовательно, приходится их добавлять без учета уже содержащихся частиц интерметаллидных фаз. В данной работе исследовалось влияние добавок Sr, Ti и B на жидкотекучесть алюминиевого сплава А356.2, определенную методом вакуумного всасывания. Показано, что при использовании промышленных лигатур AlSr10 и AlTi5B1 (до 0,3 мас.% Sr и 0,5 мас. % Ti соответственно) снижения жидкотекучести не происходит. Однако при введении такого же количества Ti с помощью лигатуры AlTi4 собственного производства она заметно падает. С помощью сканирующей электронной микроскопии и микроанализа исследованы микроструктуры и фазовый состав лигатур и сплава А356.2 после добавления этих лигатур. Также проведена оценка влияния модифицирующих добавок на фазовый состав сплава и температуры фазовых превращений с помощью программы Thermo-Calc. Установлено, что влияние модифицирования на жидкотекучесть сплава А356.2 связано с формой и размером кристаллов фаз, содержащих модифицирующие элементы, в структуре используемой лигатуры. В случае наличия крупных кристаллов таких фаз возможно неполное их растворение и, как следствие, препятствование свободному течению расплава
Обоснование эффективности флотации в условиях нагрева смачивающих пленок
Get PDFWhen studying the aggregative stability of dispersed systems by sediment volumetry, nanobubbles are formed due to water structure imperfections in the contact area, and the coalescence of nanobubbles results in a hydrophobic attraction force. Changes in the aggregative stability of aqueous dispersions of particles can be explained as follows: water molecules with a high potential of interaction with medium molecules are difficult to flow into the interfacial gap between particle surfaces, and the outflow of water molecules with a high intensity of interaction with a solid surface is impaired. Excessive osmotic pressure between hydrophilic surfaces causes their hydrophilic repulsion, and excessive osmotic pressure of the surrounding water (reduced osmotic pressure between surfaces) causes hydrophobic attraction of the surfaces. To change the result of flotation, it is sufficient to bring the heat flow to a thin liquid layer of nanoscale thickness with the action of forces of structural origin localized inside, which determine the stability of wetting films. To increase the temperature in the interfacial gap between theparticle and the bubble due to the heat of water vapor condensation, it is proposed to use a mixture of air with hot water vapor as a gas during flotation. The developed flotation method was tested in the flotation of gold-bearing ores. The rational vapor consumption determined based on the factorial experiment results is 10.7·10–3 kg/(s·m2) at a xanthate consumption of 1.74 g/t. The rougher flotation operation used a jet method of flotation circuit design, which provides for the combination of the initial feed and the rough concentrate. In comparison with ore flotation according to the factory scheme, the yield of concentrate sent for hydrometallurgical processing is 23.4 rel.% less while maintaining the gold recovery level achieved.При исследовании агрегативной устойчивости дисперсных систем методом седиментоволюметрии нарушение структуры воды в области контакта вызывает образование нанопузырьков, коалесценция которых приводит к появлению силы гидрофобного притяжения. Изменение агрегативной устойчивости водных дисперсий частиц может объясняться тем, что в межфазный зазор между поверхностями частиц затруднено втекание молекул воды с высоким потенциалом взаимодействия с молекулами среды и нарушен отток молекул воды с высокой интенсивностью взаимодействия с твердой поверхностью. Избыточное осмотическое давление между гидрофильными поверхностями вызывает их гидрофильное отталкивание, а избыточное осмотическое давление окружающей воды (пониженное осмотическое давление между поверхностями) – гидрофобное притяжение поверхностей. Для изменения результата флотации достаточно подвести тепловой поток к слою жидкости наноразмерной толщины, в пределах которого локализовано действие сил структурного происхождения, определяющих устойчивость смачивающих пленок. Для повышения температуры в межфазном зазоре между частицей и пузырьком за счет теплоты конденсации водяного пара предложено применять в качестве газа при флотации смесь воздуха с горячим водяным паром. Разработанный способ флотации апробирован при флотации золотосодержащих руд. Рациональный расход пара, определенный по результатам факторного эксперимента, составляет 10,7·10–3 кг/(с·м2) при расходе ксантогената 1,74 г/т. В операции основной флотации использован струйный способ построения схемы, предусматривающий объединение исходного питания и чернового концентрата. В сравнении с флотацией руд по фабричной схеме выход концентрата, направляемого на гидрометаллургическую переработку, на 23,4 отн.% меньше при сохранении достигнутого уровня извлечении золота
Влияние нагрева в различных средах твердых сплавов групп ВК и ТК на качество поверхности
No full textThe studies carried out to explore the modifying effect on the surface of a hard alloy, surface alloying and thermochemical treatment of metal, thermal diffusion saturation, vacuum ion-plasma deposition demonstrated changes in surface roughness and performance. This paper used roughness to evaluate the behavior of various hard alloy groups when heated in various media. The samples were 5× 5× 35 mm bars and 15.8 ×15.8 mm tetrahedral plates made of VK8 and T14K8 hard alloys. Surface roughness parameters were measured on the profilometer implementing the contact (probe) method. Roughness values obtained were analyzed in the Microsoft Excel system based on an integral percentage and histograms were constructed. The effect of the heating medium on the surface roughness was studied both on bars and plates (with and without holes) using the saturating element/buffer substance (50–100 % BaCl2) melt. K4(Fe(CN)6 potassium ferrocyanide and Na2B4O7 borax were used as a saturating element (25 %). Microhardness and cutting wear were determined directly on the products (after determining the heating media effect on roughness). The heating of VK8 and T14K8 hard alloys in various media increases roughness and reduces cutting wear up to 2 times. The structure of initial materials before and after heating in various melts was studied using the JCM-6000 scanning electron microscope (Jeol Ltd., Japan) at a magnification of 1000–3000×. Plates in their initial state and after heating in various melts were subjected to resistance tests on the 1A616 screw-cutting lathe by face turning of an axle billet made of OS steel (similar in structure and properties to St45) 210 ×1650 mm in size of continuously cast metal (GOST 4728-2010). X-ray diffraction analysis of the VK8 hard alloy after heating in various media demonstrated the absence of changes in the phase composition. Along with this, there was a slight change in the carbide phase fine structure parameters of the alloy, namely a slight increase in micro-stresses with a simultaneous decrease in mosaic blocks.Проведенные исследования по модифицирующему воздействию на поверхность твердого сплава, поверхностному легированию и химико-термической обработке металла, термодиффузионному насыщению и вакуумному ионно-плазменному напылению показали изменение шероховатости его поверхности и эксплуатационных свойств. Для оценки поведения различных групп твердых сплавов в процессе нагрева в различных средах использовали величину шероховатости. Образцами служили штабики размером 5× 5× 35 мм и четырехгранные пластины 15,8×15,8 мм твердых сплавов ВК8 и Т14К8. Измерение параметров шероховатости поверхности осуществляли на профилометре, реализующем контактный (щуповой) метод. Полученные значения шероховатости были проанализированы в системе Microsoft Excel в расчете на интегральный процент и построены гистограммы. Исследование влияния среды нагрева на шероховатость поверхности проводили как на штабиках, так и на пластинах (с отверстиями и без них), используя расплав «насыщающий элемент – буферное вещество» (50–100 % BaCl2). В качестве насыщающего элемента (25 %) применяли желтую кровяную соль K4(Fe(CN)6) и буру Na2B4O7. Непосредственно на изделиях (после оценки влияния среды нагрева на шероховатость) определяли микротвердость и износ при резании. Выявлено, что нагрев твердых сплавов ВК8 и Т14К8 в различных средах увеличивает шероховатость и уменьшает износ при резании до 2 раз. Структуру исходных материалов до и после нагрева в различных расплавах изучали на растровом электронном микроскопе JCM-6000 («Jeol Ltd.», Япония) при увеличении 1000–3000 крат. Пластины в исходном состоянии и после нагрева в различных расплавах подвергали стойкостным испытаниям на токарно-винторезном станке модели 1А616 путем торцевого точения осевой заготовки из стали марки ОС (близкой по структуре и свойствам к Ст45) размером 210 ×1650 мм из непрерывно-литого металла (ГОСТ 4728-2010). Результаты рентгеноструктурного анализа твердого сплава ВК8 после нагрева в различных средах не выявили изменение фазового состава. Наряду с этим наблюдалось незначительное изменение параметров тонкой структуры карбидной фазы сплава: произошло небольшое увеличение микронапряжений с одновременным уменьшением блоков мозаики
Термодинамика влияния легирования на фазообразование при кристаллизации алюмоматричных композитов с экзогенным армированием
No full textA thermodynamic assessment of the effect of alloying elements (Si, Mg, Cu, Ti) on phase formation processes during the production and liquid-phase processing of cast aluminum matrix composite materials with exogenous reinforcement (Al–SiC, Al–B4C) was carried out. It was shown that without suppressing Al–Si–C and Al4C3 carbide formation in the range of carbon concentrations from 0 to 4.5 wt.%, the equilibrium phase composition of Al–SiC composites in the solid state at 423 to 575 °C lies in the (Al) + Si + Al4SiC4 three-phase region, and the Al4SiC4 ternary carbide is replaced by the Al8SiC7 compound at a temperature below 423 °C. SiC and B4C phases in Al–SiC–Cu and Al–B4C–Cu systems are stable in the entire crystallization range and do not interact with aluminum or copper. In the Al–SiC–Mg system, the crystallization of composites containing more than 0.58 wt.% magnesium ends in the (Al) + Al3Mg2 + SiC + Mg2Si four-phase region. In the Al–SiC–Ti system, the end of crystallization is observed in the (Al) + Al3Ti + SiC three-phase region. In the Al–B4C system, once Al4C3 phase formation is suppressed, aluminum borides are formed with a deviation from the concentrations of elements providing 10 vol.% B4C towards boron increase and free carbon is formed with a deviation towards boron decrease. Under equilibrium conditions, Al–B4C–Si system crystallization ends in the (Al) + B4C + AlB12 + Al8SiC7 four-phase region (at a silicon content of up to 0.67 wt.%, and in the (Al) + Si + AlB12 + Al8SiC7 region at a higher silicon content. In the Al–B4C–Ti system, crystallization ends in the (Al) + TiB2 + B4C three-phase region at a titanium content of less than 0.42 wt.%.Проведена термодинамическая оценка влияния легирующих элементов (Si, Mg, Cu, Ti) на процессы фазообразования при получении и жидкофазной переработке литых алюмоматричных композиционных материалов с экзогенным армированием (Al–SiC, Al–B4C). Показано, что без подавления формирования карбидов Al–Si–C и Al4C3 в диапазоне концентраций углерода от 0 до 4,5 мас.% равновесный фазовый состав композитов системы Al–SiC в твердом состоянии при температурах от 423 до 575 °C лежит в 3-фазной области (Al) + Si + Al4SiC4, а ниже 423 °C тройной карбид Al4SiC4 заменяется соединением Al8SiC7. В системах Al–SiC–Cu и Al–B4C–Cu фазы SiC и B4C стабильны во всем интервале кристаллизации и не взаимодействуют с алюминием или медью. В системе Al–SiC–Mg кристаллизация композитов, содержащих более 0,58 масс.% магния, заканчивается в 4-фазной области (Al) + Al3Mg2 + SiC + Mg2Si. В системе Al–SiC–Ti завершение кристаллизации фиксируется в 3-фазной области (Al) + Al3Ti + SiC. В системе Al–B4C после подавления формирования фазы Al4C3 при отклонении от концентраций элементов, обеспечивающих 10 об.% B4C, в сторону увеличения бора образуются бориды алюминия, а в сторону его снижения – свободный углерод. В равновесных условиях при концентрации кремния до 0,67 мас.% кристаллизация системы Al–B4C–Si заканчивается в 4-фазной области (Al) + B4C + AlB12 + Al8SiC7, а при более высоком содержании кремния – в области (Al) + Si + AlB12 + Al8SiC7. В системе Al–B4C–Ti при содержании титана менее 0,42 мас.% кристаллизация завершается в 3-фазной области (Al) + TiB2 + B4C
Сравнительные исследования разряда ионов гидроксония на цинковых, медных и алюминиевых катодах
No full textElectrochemical reduction of hydrogen (hydronium ion) was carried out on zinc, aluminum and copper cathodes from acidic aqueous solutions containing sulfuric acid (0.09, 0.18 and 0.36 mol/l) to study the effect of electrolyte acidity, the type of cathodes used and potential values on electrolysis indicators. The studies were carried out on the potentiostat using a three-electrode cell under conditions of intensive electrolyte stirring with a magnetic stirrer. At the initial stage, electrolysis was performed in the following modes: potentiodynamic measurements at a sweep rate of 1 mV/s in the potential range Е = –(700÷850) mV on a copper and aluminum electrode and Е = –(1000÷1150) mV on a zinc electrode. In the indicated potential range, hydronium discharge parameters at each cathode were calculated: Tafel slope, apparent transfer coefficients and exchange currents. Dependences of these parameters on electrolyte acidity were considered. Average values of steady state potentials were obtained, which, similar to the apparent exchange current, significantly depended on the cathode material: –923.1 mV (zinc cathode); +36.1 mV (copper cathode), and –603.7 mV (aluminum cathode) (AgCl/Ag). The effect of surfactants on all the kinetic parameters considered was shown. The order of the reaction with and without surfactant additives was determined. At the next stage, the electrochemical parameters of hydronium discharge on the copper electrode only were compared. It was shown that the electrochemical parameters significantly depend on the cathodic potential range where they are determined, and on the methods used for their calculation. It was noted that the process proceeds in the region of mixed kinetics. As the electrode polarization decreases, the hydrogen discharge mechanism changes, while the proportion of electrochemical kinetics will increase in the region of mixed kinetics. We suppose that the data obtained can also be of practical importance for the zinc electrolysis technology. The data obtained in this research on the electrochemical parameters of hydrogen discharge in a wide range of potentials on cathodes made of different metals as well as on the effect of electrolyte acidity on the behavior of surfactants during electrolysis will expand knowledge about the zinc electrolysis technology.Для изучения влияния кислотности электролита, типа используемых катодов и величин потенциалов на показатели процесса электролиза провели электрохимическое восстановление водорода (иона гидроксония) на катодах из цинка, алюминия и меди из кислых водных растворов, содержащих серную кислоту (0,09, 0,18 и 0,36 моль/л). Исследования осуществляли на потенциостате с использованием трехэлектродной ячейки в условиях интенсивного перемешивания электролита магнитной мешалкой. На начальной стадии электролиз проводили в следующих режимах: потенциодинамические измерения при скорости развертки 1 мВ/с в области потенциалов Е = –(700÷850) мВ на медном и алюминиевом катодах и Е = –(1000÷1150) мВ на цинковом электроде. В этих условиях были рассчитаны параметры разряда гидроксония на каждом из них: тафелевский наклон, кажущиеся коэффициенты переноса и токи обмена. Рассмотрены зависимости указанных параметров от кислотности электролита. Получены средние величины стационарных потенциалов, которые, как и кажущийся ток обмена, заметно зависели от материала катода: –923,1 мВ (цинковый катод), +36,1 мВ (медный) и –603,7 мВ (алюминиевый) (AgCl/Ag)). Показано влияние поверхностно-активных веществ (ПАВ) на все рассмотренные кинетические параметры. Определен порядок реакции с добавками ПАВ и без них. На следующем этапе проведено сравнение электрохимических параметров разряда гидроксония только на медном электроде. Показано, что электрохимические показатели значительно зависят от области катодных потенциалов, в которой они определяются, и от применяемых методов их расчета. Отмечено, что процесс протекает в области смешанной кинетики. С уменьшением поляризации электрода изменяется механизм процесса разряда водорода, при этом доля электрохимической кинетики будет возрастать в области смешанной кинетики. Предполагаем, что полученные результаты также могут иметь практическую значимость для технологии электролиза цинка. Таким образом, полученные в работе данные по электрохимическим параметрам разряда водорода в широкой области потенциалов на катодах, изготовленных из разных металлов, а также по влиянию кислотности электролита на поведение ПАВ в процессе электролиза позволят расширить знания о технологии электролиза цинка
ВЛИЯНИЕ МНОГОПРОХОДНОЙ ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВА ВТ6
No full textFriction stir processing (FSP) is an advanced technology for altering the surface microstructure of metals and alloys to improve mechanical and performance properties. Previous research on titanium alloy processing showed that varying the FSP process parameters (such as rotational speed, movement speed and tool contact force) significantly affects the Ti–6Al–4V microstructure evolution and mechanical properties. However, the effect of multipass FSP on the Ti–6Al–4V alloy was not studied. Therefore, this paper studies the effect of four-pass FSP of the Ti–6Al–4V titanium alloy on the microstructure evolution, mechanical properties and wear resistance of this alloy. Microstructure analysis showed that the stirring zone forms heterogeneous microstructure with dynamically recrystallized equiaxed α grains, β grains and β areas with α phase of needle and laminar type, which is associated with the stirring zone temperature gradient during FSP. It was found that an increase in the number of FSP passes up to 3 times improves the ultimate tensile strength (up to 1173 MPa) and wear resistance (by 33 %). The improved ultimate tensile strength of samples after 3 FSP passes is caused by grain size reduction in the stirring zone by 88 % compared to the initial Ti–6Al–4V alloy. It was shown that after 4 FSP passes the grain size increases and the ultimate tensile strength decreases to 686 MPa in the stirring zone, which is associated with large defects formed along the contour of metal flows. At the same time the Ti–6Al–4V wear resistance after 4 FSP passes increases by 39 % compared to the raw material.Фрикционная перемешивающая обработка (ФПО) – это передовая технология поверхностного изменения микроструктуры металлов и сплавов для улучшения механических и эксплуатационных свойств. Предыдущие работы по обработке титановых сплавов показали, что варьирование технологических параметров ФПО (таких, как скорость вращения, скорость перемещения и сила прижима инструмента) значительно влияет на эволюцию микроструктуры и механические свойства ВТ6. Однако влияние многопроходной ФПО на сплав ВТ6 не было изучено. Поэтому в работе исследовано влияние четырехпроходной ФПО титанового сплава ВТ6 на эволюцию микроструктуры, механические свойства и износостойкость этого сплава. Анализ микроструктуры показал, что зоне перемешивания формируется неоднородная микроструктура с динамически рекристаллизованными равноосными α-зернами, β-зернами и β-областями с α-фазой игольчатого и ламинарного типов, что связано с температурным градиентом зоны перемешивания в процессе ФПО. Установлено, что с увеличением количества проходов ФПО до 3 раз наблюдается повышение предела прочности (до 1173 МПа) и износостойкости (на 33 %). Улучшение предела прочности образцов после 3 проходов ФПО обусловлено уменьшением размеров зерен в зоне перемешивания на 88 % по сравнению с исходным ВТ6. Показано, что после 4 проходов ФПО в зоне перемешивания происходит увеличение размеров зерен и понижение предела прочности до 686 МПа, что связано с образованием крупных дефектов по контуру потоков металла. При этом износостойкость ВТ6 после 4 проходов ФПО возрастает на 39 % по сравнению с исходным материалом