Металлургия цветных металлов

Абрамов А.С., Храпунов В.Е., Исакова Р.А., Жунусова Г.Ж., Требухов С.А., Садвакасов Д.А. Испарение ртути через пористые слои нейтрального вещества при пониженном давлении
Экспериментально исследована диффузия паров ртути при Т = 200 ° С и Р = 13,3 кПа через воздух, слои оксидов кремния крупностью от –0,063 + 0,05 до –0,2 + 0,16 мм, оксидов алюминия и железа крупностью –0,063+0,05 мм, пористостью 0,442–0,807. Коэффициент диффузии через воздух составил 25,9× 10^–5 м²/с; эффективный коэффициент диффузии через слои исследованных оксидов равнялся (5,4¸ 11,2)× 10^–5 м²/с, увеличиваясь с ростом пористости и среднего размера пор, вычисленного исходя из средних размеров частиц и пористости. При среднем размере пор до 0,1 мм наблюдаются закономерности кнудсеновского течения газов, которые заметны и при большем размере пор, если слой состоит из тонкодисперсных частиц.

Наторхин М.И., Волков Л.В. Цементационная очистка растворов хлорида свинца от серебра и меди структурированными свинцовыми губками
Исследована возможность осаждения серебра и меди из растворов хлоридного выщелачивания цементацией свинцом. Показаны условия образования структурированных свинцовых губок, обладающих чрезвычайно развитой поверхностью, обеспечивающие эффективное выделение серебра и меди. Предложены методы определения видимой площади губки.

Синько А.В., Белоусова С.В. Исследование механизма процесса цементации меди реагентным никелевым порошком
Исследован процесс цементации на предмет выявления механизма электрохимического вытеснения меди реагентным никелевым порошком. Методами микроскопии и зондового рентгенофазового анализа продуктов цементации, выделенных из промышленных аппаратов, установлено, что процесс цементации протекает не на всей поверхности Ni-порошка, а только на его активных центрах, потенциал которых выше потенциала ионизации никеля (18,15 эВ); для тонкоизмельченных порошков осаждение меди в основном проходит на одном центре кристаллизации и лишь в единичных случаях – на двух или трех; диффузионные процессы отсутствуют, за исключением диффузии катионов меди из глубины электролита к катодному участку и через двойной электрический слой; медь выделяется самостоятельной фазой в виде самонаращивающегося дендрита.

Гуревич Р.А., Балмаев Б.Г., Лайнер Ю.А., Ямпуров М.Л. Исследование плотности и вязкости растворов сульфата алюминия
Изучена зависимость плотности и вязкости растворов, полученных выщелачиванием глиноземсодержащей обожженной породы серной кислотой в интервале концентраций 56,6–146,88 г/л Al₂О₃ и при Т = 25¸ 95 ° С. Получены уравнения, описывающие зависимость плотности от температуры и концентрации. Определено, что при переходе от низких концентраций к более высоким в области 95 г/л Al₂О₃ происходят изменения в структуре сульфатных растворов алюминия. Рассчитана энергия активации вязкого течения, значения которой также свидетельствуют о структурных изменениях в растворах.

Металлургия редких и благородных металлов

Медведев А.С., Богатырёва Е.В. Разложение вольфрамитовых концентратов NaOH в присутствии части отвального кека
Экспериментально подтверждено влияние добавок центров кристаллизации твердых продуктов реакции взаимодействия вольфрамитовых концентратов с растворами щелочи на извлечение вольфрама в раствор. На основании полученных результатов предложена технологическая схема разложения вольфрамитовых концентратов растворами щелочи, в том числе низкосортных.

Ушаков О.С., Калашников А.Л., Матюха В.А., Смагин А.А., Ушакова Т.В., Козлова Р.Д. Исследование продуктов гидролиза гексафторида теллура
Исследованы поведение и химические формы продуктов взаимодействия TeF₆ с водой при их термическом разложении в диапазоне температур 293–1173 К. Состав и свойства исходных, промежуточных и конечных продуктов при термическом разложении изучены методами химического анализа, ИК-спектрометрии и термогравиметрии. Установлено, что при упаривании раствора с продуктами гидролиза образуются фтортеллуровые кислоты. Так, при Т = 463 К остаток представляет собой стекловидные кристаллы, содержащие пентафтортеллуровую кислоту НОTeF₅. При нагревании на воздухе до 873 К происходят ее испарение и частичная диссоциация с образованием оксида TeО₂. Обработка азотной кислотой раствора с продуктами гидролиза с последующим их упариванием приводит к образованию ТеО₃ при Т = 593 К и ТеО₂ при 713 К. При последующем восстановлении ТеО₂ водородом получается теллур высокой чистоты.

Хатин Г.Д., Букин В.И., Ситдикова Ю.С. Экстракция галлия из щелочных растворов N-(2-гидрокси-5-нонилбензил)-b ,b -дигидроксиэтиламином
Исследована экстракция галлия и алюминия из растворов NaOH N-(2-гидрокси5-нонилбензил)-β,β-δигидроксиэтиламином (НБЭА). На основании данных по межфазному распределению галлия, ИК-спектроскопии и расчета возможных структур экстрагируемого комплекса методом молекулярной механики определены состав и строение экстрагируемого RGa(OH)₂. Предложено уравнение экстракции галлия и алюминия НБЭА из щелочных растворов. Показана эффективность НБЭА для извлечения галлия в широком диапазоне концентраций щелочи (E_Ga ~ 94÷99 % при C_NaOH ~ 0,1÷5,0 моль/л). Исследована экстракция галлия из алюминийсодержащих растворов. Показана возможность использования НБЭА для извлечения галлия из оборотных растворов глиноземного производства. Так, из модельных байеровских растворов (С_Ga ~ 0,3 г/л, С_Al ~ 30 г/л, C_NaOH ~ 3 моль/л) галлий экстрагируется на 20–58 % при полном его отделении от алюминия на стадии реэкстракции.

Литейное производство

Знаменский Л.Г. Активация наносекундными электромагнитными импульсами жидкостекольного связующего для точного литья
Рассмотрено применение наносекундных электромагнитных импульсов (НЭМИ) для активации жидкостекольного связующего (ЖС) в точном литье. Установлено падение вязкости и удельного электросопротивления, повышение смачивающей и адгезионной способности ЖС в поле НЭМИ. На основе проведенных исследований разработана эффективная технология подготовки жидкостекольного связующего, обеспечивающая повышение качества изготовления керамических форм и снижение брака художественного литья по выплавляемым моделям из бронзы и латуни.

Обработка металлов давлением

Соломонов К.Н., Крутов А.В. Моделирование пластического течения материала
Дан обзор последних разработок в области математического, компьютерного, геометрического, физического моделирования пластического течения металла, в частности в процессах штамповки и прессования заготовок из алюминиевых сплавов. Описаны принятые модели и их реализация на компьютере в виде различных программных комплексов. Значительное место уделено рассмотрению пакетов программ, базирующихся на методе конечных элементов. Как одно из перспективных направлений представлено геометрическое моделирование, позволяющее проследить на экране монитора решение задачи. Приводится сопоставление различных подходов, отмечаются их достоинства и недостатки.

Металловедение и термическая обработка

Агалаков В.В., Пушкарев С.Ю., Нигматуллина Е.С. Применение магниевых сплавов в автомобилестроении
Наиболее интенсивный рост потребления литейных магниевых сплавов наблюдается в автомобильной промышленности (в настоящий момент данная отрасль использует около 90 % всех выпускаемых сплавов). Это вызвано тем, что за рубежом для автомобилестроителей все более актуальными становятся проблемы снижения массы автомобиля. Одним из основных решений данной проблемы является применение легких конструкционных материалов, и особенно магния, обладающего наименьшей плотностью (1,74 г/см³). На сегодняшний день магниевые детали применяются почти во всех частях автомобиля: двигателе, трансмиссии, кузове, салоне. Во время эксплуатации автомобиля магниевые детали работают в разных условиях, и поэтому к каждой из них предъявляются свои требования к механическим свойствам, которые являются определяющими при выборе марки магниевого сплава. В настоящее время в промышленных масштабах для литья под давлением используются четыре марки сплавов, но ни один из них в полной мере не соответствует требованиям по сопротивлению ползучести при повышенных температурах.

Дедов Н.В., Савченко Н.Л., Королёв П.В., Мельников А.Г., Кульков С.Н. Износостойкость керамических материалов на основе ZrO₂
Методами оптической и растровой электронной микроскопии изучены структуры, формирующиеся на поверхности трения керамики ZrO₂ + 3 % (мол.) Y₂O₃ при скольжении ее по литой быстрорежущей стали. Испытания осуществлялись по схеме “диск–палец”. Скорость скольжения составляла 9,4 м/с, давление – 1; 5 и 10 МПа. Показано, что трение керамики по стали в указанных режимах сопровождается формированием на ее поверхности систем трещин. Их квазипериодическое расположение перпендикулярно направлению скольжения является особенностью данных структур. Среднее расстояние (квазипериод) между поперечными трещинами составляет несколько десятков микрометров. Во всех режимах трения на поверхности керамики образуется слой переноса, формирующийся в результате переноса на нее материала стального контртела и его последующего окисления за счет высоких температур, развивающихся в зоне контакта. Обнаружено, что интенсивность изнашивания керамики коррелирует с расстоянием между поперечными трещинами и характером распределения слоя переноса на ее поверхности. Повышенной интенсивности изнашивания при среднем (5 МПа) давлении соответствуют неравномерное покрытие слоем переноса поверхности трения и формирование структуры с большим средним расстоянием между трещинами и широким их распределением по размерам.

Белова С.Б., Носов В.К. Влияние водорода на пластичность и сопротивление деформации сплава ВТ30 при испытаниях на сжатие
По результатам испытаний на сжатие при Т = 20÷1050 ° С изучены закономерности влияния водорода на пластичность и сопротивление деформации сплава ВТ30. В нижней области температур (20–600 ° С) пластичность и сопротивление деформации сплава определяются ростом объемной доли b -фазы и повышением ее термической стабильности с увеличением содержания водорода. При температурах b -области отмечено упрочнение сплава растворенным водородом. При Т ³ 600 ° С контролирующими механизмами динамических разупрочняющих процессов служат полигонизация и рекристаллизация.

Порошковые материалы и покрытия

Оглезнева С.А. Алмазный инструмент с матрицей системы “железо- никель”
Разработана связка для алмазного инструмента на основе механически легированной стали, содержащей 1 % Р и 12 % Ni. Жидкофазное спекание энергонасыщенной связки при T = 850 ° С позволило исключить горячее прессование или спекание под давлением. Установлено формирование в структуре связки метастабильного аустенита. При трении по абразиву алмазного инструмента с концентрационно-неоднородной матрицей на основе Fe, легированного Ni, наблюдается деформационное аустенитно-мартенситное превращение, которое способствует закреплению твердых фаз. Установлено, что удельный расход алмазов зависит от объема аустенитно-мартенситного превращения.

Малый Е.Н., Дедов Н.В., Соловьев А.И., Кульков С.Н., Савченко Н.Л., Саблина Т.Ю., Мельников А.Г., Королев П.В. Спекание керамики Y-TZP из плазмохимических порошков
Представлены результаты исследований микроструктуры, фазового состава и механических свойств керамики на основе Y-TZP, изготовленной посредством вакуумного спекания в широком диапазоне температур и продолжительностей выдержки порошка состава ZrO₂ + 3 % (мол.) Y₂O₃, полученного методом разложения водного раствора нитратов Zr, Y в плазме ВЧ-разряда. Проведено сравнение установленных данных со свойствами керамики, спеченной на воздухе. Определено, что спекание в вакууме позволяет получить более плотную и прочную керамику, причем при температуре спекания 1750 ° C она имеет плотность, близкую к теоретической. При этом в составе керамики нет следов самопроизвольного превращения из тетрагональной фазы в моноклинную при охлаждении от температуры спекания, несмотря на то что ее средний размер зерна достигает 4,6 мкм. Такой материал имеет высокие прочность (до 1000 МПа) и вязкость разрушения (до 15 МПа× м^1/2).

Структурная макрокинетика.
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез

Камынина О.К., Рогачев А.С., Сычев А.Е., Умаров Л.М. Механизм и динамика формирования пористого продукта в волне самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
Применение скоростной видеосъемки (500 кадр/с) позволило проследить за динамикой перемещения вещества в волне горения с пространственным разрешением ~ 10 мкм на примере систем 5Ti + 3Si и Ti + C на основе порошков титана марок ПТОМ, ПТМ, ПТС с размерами частиц 80–200 мкм. Эксперименты проводились в аргоновой среде при давлении 1 атм. Показано, что непосредственно за фронтом волны горения сначала происходит расширение среды, затем – сжатие. Определены размеры этих зон, установлена зависимость ширины области деформации от размера частиц титана. Использование дилатометрической установки позволило оценить усилия, возникающие во фронте волны горения и приводящие к удлинению образцов.

Автоматизация технологических процессов

Лисиенко В.Г., Ташкинов А.Ю., Насыйров Я.А., Климов М.И., Альтман П.С., Гончаров А.Е. Исследование ионизации и ее влияния на падение напряжения и частоту капельных замыканий при вакуумном дуговом переплаве жаропрочных сплавов стали
В Верхнесалдинском металлургическом производственном объединении в промышленных условиях был проведен эксперимент по вакуумному дуговому переплаву легируемой стали электрода диаметром 380 мм в слиток диаметром 465 мм. Разработана статистическая модель изменения падения напряжения на дуге в зависимости от длительности релаксационного процесса ионизации. Предложенная модель может использоваться для оптимального управления процессом вакуумного дугового переплава.

Хилай В.В., Карелов С.В., Мамяченков С.В., Кирпиков А.С. Способ расчета материальных балансов сложных технологических схем с учетом оборотных материалов
Приведен удобный способ расчета сложных материальных балансов разветвленных технологических схем с учетом оборотных материалов. Учтена возможность быстрого пересчета баланса при изменении состава исходного сырья, показателей извлечения по элементам, параметров технологических операций. Показаны преимущества в сравнении с обычно используемыми пакетами компьютерных программ.

Кельчевская Н.Р., Срогович М.И. Новые пути взаимодействия высшей школы и металлургической промышленности в XXI веке
В современных условиях жесткой конкуренции любой организации, независимо от вида ее деятельности, чтобы удержать позиции лидера, уже недостаточно использовать стандартный менеджерский набор инструментов – необходимо взять на вооружение так называемый инновационный подход, новую концепцию управленческого процесса – “интеллектуализацию управления”. Суть ее – в использовании интеллектуальных инструментов управления предприятием для всестороннего развития его интеллектуального потенциала. При этом необходимо уделить особое внимание человеческой составляющей интеллектуального капитала. Этому способствует разработанная методика взаимодействия металлургической промышленности и высшей школы в подготовке специалистов с учетом тенденций развития отрасли. Цель ее – приведение в соответствие требований предприятий к человеческим ресурсам и качества их подготовки в вузах. Объектом данного исследования послужили металлургические предприятия Свердловской области и России.