Проведены экспериментальные кинетические исследования восстановления и отгонки цветных металлов в газовую фазу при комплексной переработке электроплавкой отхода металлургической промышленности – клинкера вельцевания окисленных цинковых руд АО «Ачполиметалл» (пос. Ачисай, Респ. Казахстан). Изучение механизма восстановления и отгонки свинца и цинка из клинкера вельцевания при его электроплавке проводилось в лабораторных условиях на печи Таммана в температурном интервале от 1773 до 1973 К. Установлено, что значения степени перехода (отгонки) Zn и Pb в газовую фазу при Т = 1973 К в течение 55 мин составляют соответственно αZn = 98,6 % и αPb = 99,6 %. Основное количество цинка (94–96 %) отгоняется в течение первых 28–32 мин, а свинца (94–96 %) – за 30 мин. Определены значения кажущейся энергии активации при отгонке цинка и свинца (αZn, Pb = 70 %): Екаж = 127,3 и 146,14 кДж/моль.

Проведено исследование состояния поверхности криолит-глиноземного расплава алюминиевого электролизера с помощью промышленной цветной камеры acA640-120gс фирмы «Basler» (Германия) и разработанного программного пакета СИА КГР (система измерительная автоматизированная для криолит-глиноземного расплава). Получена зависимость изменения интегральной яркости электролита при различной концентрации глинозема. Определена скорость роста и выявлены особенности формирования корки на поверхности расплава с различным криолитовым отношением.

С использованием электронной микроскопии, микрозондового анализа, дериватографии, рентгенофазового анализа и эмисионно-спектрального метода с индукционно связанной плазмой исследованы состав и характеристики возгона производства алюминиево-скандиевой лигатуры Al–2%Sc. Установлено, что он на 60 % состоит из частиц размером до 5 мкм, более крупные из них имеют оболочку, внутри которой находятся включения (сегменты, частицы, кусочки) различных фаз. В составе возгона присутствуют металлический алюминий (~35 %), две модификации фторида алюминия (суммарно ~57 %), остальное – корунд. Содержание скандия составляет 0,5–0,6 мас.%. Показано, что для переработки этого концентрата целесообразно использование гидрометаллургических методов. Предложен способ получения «богатого»
концентрата с 3–11 мас.% Sc из этого вида отходов путем обработки возгона 10 %-ным раствором едкого натра при температуре 80 °С.

Предложена технология получения алюминиевых высокопрочных электропроводных сплавов и плоских образцов, основанная на способе литья погружением с воздействием на процесс кристаллизации расплава слабых импульсов тока (СИТ), импульсных магнитных полей (ИМП) с последующей многоцикловой прокаткой. Объектами исследования были сплавы, содержащие 97,7–98,3 % Al и легирующие добавки (Cu, Mg, Mn, Si, Fe, Zn, Sc, Zr). Рассмотренная технология позволила получить образцы толщиной 0,20–0,25 мм с наноразмерной структурой (d < 100 нм). Установлено, что воздействия ИМП и СИТ оказывают разное влияние на физические характеристики сплава. Обработка СИТ в сравнении с воздействием ИМП позволяет получить более высокие показатели прочности (до 430 МПа) и электропроводности (вплоть до 55 % от электропроводности меди), но меньшие значения пластичности. При снижении в сплаве содержания алюминия на 0,5 % его электропроводность уменьшается на 6–14 %, причем наибольшее ее падение (до 14 %) наблюдается на образцах, обработанных СИТ, а наименьшее (до 6 %) – с воздействием ИМП.

С использованием усовершенствованного экспресс-метода определения плотности расплавов выполнены исследования влияния дисперсности шихтового кремния и структуры исходных шихтовых сплавов на плотность силуминов системы Al–Si. Установлено, что структура шихтовых материалов оказывает существенное и устойчивое влияние на данный показатель, что необходимо учитывать в технологиях приготовления сплавов системы Al–Si.

Изучены свойства сплава TNM-B1 на основе γ-алюминида титана с целью получения достоверных результатов моделирования литейных процессов, используемых для изготовления лопаток авиационных газотурбинных двигателей. Методами дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), лазерной вспышки (LFA) и дилатометрии (DIL) экспериментально определены теплофизические свойства сплава TNM-B1. Рассмотрены различные варианты литниково-питающих систем для производства литых лопаток на плавильно-заливочной установке вакуумной индукционной плавки фирмы «Consarc» (Шотландия) в условиях Уфимского моторостроительного производственного объединения (ОАО «УМПО»). Получена опытная отливка и проанализированы ее дефекты. Показано хорошее соответствие результатов моделирования реальному процессу центробежной заливки лопаток.

Качество результатов математического моделирования процессов обработки металлов давлением (ОМД) существенно зависит от точности исходных данных, к числу которых относятся реологические свойства материала заготовки. Традиционная методика их определения основана на допущении, что температура образца в процессе испытания сохраняется постоянной. Вместе с тем известно, что при изотермических условиях нагружения имеет место деформационный разогрев образца. Современные пластометры не предусматривают контроль температуры образца в ходе испытания, что вносит существенную погрешность при расчете сопротивления деформации и, соответственно, температурных полей и энергосиловых параметров процессов ОМД. В связи с этим в настоящей работе приводятся методика и результаты экспериментального исследования тепловыделения в образцах из титанового сплава ВТ-6 при кручении на лабораторном торсионном пластометре в интервале температур 800–1000 °C при скоростях деформации 0,01–10,0 с–1 (1–600 об/мин). В процессе испытаний температуру поверхности образцов контролировали фотопирометром. Установлено, что при относительно больших скоростях нагружения имеет место существенный разогрев поверхности образца, который, например, при скорости испытания порядка 10 с–1 и начальной температуре 850 °С к моменту разрушения может достичь 50–60 °С. При этом погрешность в определении сопротивления деформации составляет около 30 %.

Приведены теоретические положения и режимы формирования кристаллографической текстуры листов из алюминиевого сплава В95пч, обеспечивающей интенсификацию процессов формообразования деталей из алюмостеклопластиков обтяжкой. При горячей прокатке формируется текстура деформации (ориентировки S и Bs), которая при дальнейшей холодной прокатке усиливается. При отжиге происходит образование текстуры рекристаллизации (ориентировки {011}⟨100⟩, {023}⟨100⟩). При этом повышение предельного коэффициента обтяжки после холодной прокатки обеспечивается двухступенчатым отжигом, включающим скоростной нагрев на линии непрерывной термообработки и последующий полный отжиг в садочной печи с медленным охлаждением.

Сплавы Al–Zn после интенсивной пластической деформации методом кручения под высоким давлением имеют три различных класса границ зерен (ГЗ) Al/Al, смоченных второй твердой фазой, богатой цинком. Полностью смоченные ГЗ Al/Al покрыты слоем фазы, обогащенной цинком, толщиной более 30 нм. Частично (не полностью) смоченные ГЗ Al/Al контактируют с частицами фазы, богатой цинком, с контактным углом >60°, но не содержат какой-либо измеримой концентрации цинка. Псевдонеполно смоченные ГЗ Al/Al также контактируют с частицами Zn с углом контакта >60°. Тем не менее они имеют тонкую прослойку фазы, богатой цинком, равномерной толщины 2–4 нм, наличие которой объясняет необычайно высокую пластичность сплавов Al–Zn после кручения под высоким давлением.

Представлены результаты исследования свойств твердого сплава, изготовленного изостатическим прессованием и спеканием порошков, полученных электроэрозионным диспергированием (ЭЭД) вольфрамсодержащих отходов сплавов Т15К6 в дистиллированной воде и керосине осветительном. Для ЭЭД токопроводящих материалов использована оригинальная установка, разработанная и запатентованная авторами. Изостатическое прессование порошка осуществлялось на прессе «EPSI» (Бельгия) при давлении 300 МПа, а спекание – в высокотемпературной печи «Nabertherm» (Германия) в вакууме при температуре 1500 °С в течение 2 ч. Рентгеноспектральным микроанализом установлено содержание основных элементов (W, Ti и Со) как в порошке, так и в полученном из него твердом сплаве. Исследована их микротвердость и показано, что порошок, полученный ЭЭД в керосине, и сплав из него имеют повышенную величину HV по сравнению с образцами, изготовленными с использованием в качестве рабочей жидкости воды.

Разработаны алгоритмы расчета коэффициентов конвективного обмена и построения зональных уравнений теплового баланса для компьютерного моделирования процесса прокалки углеродных материалов в барабанной вращающейся печи. Показана возможность получения адекватных результатов при вычислительном экспериментальном исследовании этого процесса с использованием его комплексной математической модели, реализованной в виде компьютерной программы.

Разработана математическая модель процесса фильтрации в производстве цинка, основанная на уравнениях материального баланса по расходам технологических сред и концентрациям отдельных компонентов. Модель позволяет определять расходы и количества получаемых продуктов процесса, оценивать его текущее состояние и прогнозировать будущие состояния.

75 ЛЕТ КАФЕДРЕ МЕТАЛЛУРГИИ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛОВ УРАЛЬСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА
ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б.Н. ЕЛЬЦИНА