Статьи из номера журнала: Известия высших учебных заведений. Черная металлургия : научно-технический и научно-производственный журнал. Том 67, № 4. – Москва : МИСИС, 2024.
Физика упрочнения поверхности катания головки рельсов из заэвтектоидной стали после эксплуатации = Physics of hardening of the rolling surface of rail head from hypereutectoid steel after operation / Н. А. Попова, В. Е. Громов, А. Б. Юрьев, Е. А. Мартусевич, М. А. Порфирьев. – DOI 10.17073/0368-0797-2024-4-424-432. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2024. – Т. 67, № 4. – С. 424–432. – ISSN 0368-0797. – Библиогр.: с. 430–431 (32 назв.). – 2 рис., 4 табл.
Авторы:
Попова, Наталья Анатольевна, Громов, Виктор Евгеньевич, Юрьев, Алексей Борисович, Мартусевич, Ефим Александрович, Порфирьев, Михаил Анатольевич
Тематические рубрики:
Труды ученых СибГИУ—Статьи; Материаловедение; Рельсы Кузбасса
В России с ее протяженной сетью железных дорог более пяти лет производятся рельсы специального назначения повышенной износостойкости и контактной выносливости категории ДТ400ИК из стали с содержанием углерода более 0,8 %. На поверхности катания головки дифференцированно закаленных длинномерных рельсов из заэвтектоидной стали после длительной эксплуатации (пропущенный тоннаж 187 млн т брутто на экспериментальном кольце) методами просвечивающей электронной микроскопии выявлены морфологические составляющие структуры: пластинчатый перлит, фрагментированный перлит, разрушенный пластинчатый перлит, глобулярный перлит, полностью разрушенный перлит, субзеренная структура. Проведена количественная оценка вкладов упрочнения, обусловленных трением кристаллической решетки, твердорастворным упрочнением, упрочнением за счет перлита, упрочнением некогерентными частицами цементита, границами зерен и субграницами, дислокационной субструктурой и внутренними полями напряжений. Установлена иерархия этих механизмов и отмечено, что для поверхности скругления (выкружки) головки рельсов основным механизмом упрочнения является упрочнение некогерентными частицами, а также механизмы, обусловленные внутренними дальнодействующими (локальными) напряжениями, внутренними напряжениями сдвига («леса» дислокаций) и субструктурным упрочнением. Для поверхности катания по центральной оси головки рельсов основная роль в упрочнении принадлежит упрочнению дальнодействующими полями напряжений (особенно ее упругой компонентой), упрочнению некогерентными частицами и субструктурному упрочнению. С учетом объемных долей морфологических составляющих и их предела текучести определен аддитивный предел текучести на поверхности катания по центру головки и выкружке. Он составил 7950 и 2218 МПа для центра головки и выкружки. Представлена физическая интерпретация различия значений аддитивного предела текучести на поверхности катания головки рельсов в центре и на выкружке.
Термодинамическое моделирование восстановления кобальта и никеля при использовании концентратов гидрометаллургического обогащения для легирования стали = Thermodynamic modeling o f cobalt and nickel reduction using hydrometallurgical enrichment concentrates for steel alloying / И. А. Рыбенко, О. И. Нохрина, И. Д. Рожихина, М. А. Голодова. – DOI 10.17073/0368-0797-2024-4-384-390. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2024. – Т. 67, № 4. – С. 384–390. – ISSN 0368-0797. – Библиогр.: с. 389–390 (20 назв.).
Авторы:
Рыбенко, Инна Анатольевна, Нохрина, Ольга Ивановна, Рожихина, Ирина Дмитриевна, Голодова, Марина Анатольевна
В статье приведены исследования восстановительных процессов в модельных термодинамических системах и процессов восстановления никеля из никелевого концентрата и кобальта и никеля из кобальт-никелевого концентрата. Концентраты получены при гидрометаллургическом обогащении полиметаллических марганецсодержащих руд Кемеровской обл. - Кузбасса. Методом термодинамического моделирования с использованием программного комплекса Терра определено, что никель из оксида можно полностью восстановить в системе N iO -C при расходе углерода 0,08 кг/кг NiO и при расходе углерода 0,15 кг/кг NiO в системе N i0 - F e 00 ,- C . Восстановление кобальта в системе С о О -С начинается при температуре около 513 К при любых расходах углерода. С дальнейшим ростом температуры процесс восстановления зависит только от расхода восстановителя. Из полученных данных термодинамического моделирования следует, что восстановление кобальта из кобальт-никелевого концентрата начинается при температуре примерно 513 К и в дальнейшем от температуры зависит незначительно. Степень извлечения кобальта возрастает с увеличением количества восстановителя при температурах до 553 К, затем остается постоянной до температуры 1473 К. Восстановление никеля протекает при температуре выше 473 К. Степень восстановления никеля слабо зависит от температуры и количества восстановителя при его расходе более 0,02 кг/кг концентрата. Проведенные лабораторные исследования показали, что в период плавления можно восстановить никель из его оксида твердым углеродом практически полностью, так как никель обладает меньшим сродством к кислороду, чем железо. Теоретические и экспериментальные исследования прямого легирования стали показали, что при восстановлении никеля и кобальта целесообразно использовать твердофазный процесс. Концентрат никеля и кобальт-никелевый концентрат при выплавке стали в электропечи желательно вводить в завалку в виде смесей, окомкованных с углеродистым восстановителем.
Термодинамические аспекты восстановления оксида вольфрама WO3 углеродом, кремнием, алюминием и титаном = Thermodynamic aspects of WO, tungsten oxide reduction by carbon, silicon, aluminum and titanium / Л. П. Бащенко, Ю. В. Бендре, Н. А. Козырев, А. Р. Михно, В. М. Шурупов, А. В. Жуков. – DOI 10.17073/0368-0797-2024-4-449-456. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2024. – Т. 67, № 4. – С. 449–456. – ISSN 0368-0797. – Библиогр.: с. 454–456 (23 назв.). – 1 рис., 1 табл.
Авторы:
Бащенко, Людмила Петровна, Бендре, Юлия Владимировна, Козырев, Николай Анатольевич, Михно, Алексей Романович, Шурупов, Владимир Михайлович, Жуков, Андрей Владимирович
Тематические рубрики:
Труды ученых СибГИУ—Статьи
Ключевые слова:
Оксид вольфрама, Термодинамика, Стандартная энергия Гиббса реакции, Углерод, Кремний, Алюминий, Титан, Неметаллические включения, Термодинамическая вероятность протекания реакции
В настоящее время разработке и исследованию новых материалов для деталей машин горно-металлургического комплекса методом наплавки порошковой проволокой уделяется большое внимание. Широкое распространение для наплавки сталей с высокой износостойкостью получили порошковые проволоки, в которых в качестве наполнителей используется восстановленный вольфрам в виде ферросплавов, лигатур и металлического порошка различной степени чистоты. Однако в связи с дефицитностью и высокой стоимостью вольфрама актуальной задачей является его рациональное использование. Для практического применения представляет интерес технология наплавки вольфрамсодержащей порошковой проволокой, при использовании которой достигается максимальное извлечение вольфрама в наплавленный слой за счет восстановительных процессов в дуге. С целью повышения полезного использования вольфрама заслуживают рассмотрения технологии косвенного легирования вольфрамом при наплавке под флюсом из порошковых проволок, в которых в качестве наполнителя используются, с одной стороны – оксид вольфрама, а с другой – восстановители. Можно ожидать, что при дуговом разряде в процессе наплавки могут образовываться вольфрам и (или) химические соединения вольфрама с восстановителями. В настоящей работе представлены результаты сравнительного анализа протекания термодинамических процессов восстановления оксида вольфрама углеродом, кремнием, алюминием и титаном при дуговом разряде, возникающем во время наплавки порошковыми проволоками под слоем флюса. Проведенный термодинамический анализ 41 реакции в стандартных состояниях показал, что наличие в используемой для наплавки порошковой проволоке восстановителей (углерода, кремния, алюминия, титана) будет способствовать образованию силицидов и карбидов вольфрама, а, возможно, и самого вольфрама. Определено, что лучшим состоянием для участия оксида вольфрама в реакциях в дуге является газообразное состояние WO3(г).
Молекулярно-динамическое исследование влияния примеси углерода на процесс кристаллизации наночастиц аустенита при быстром охлаждении = Molecular dynamics study of the influence of carbon impurity on austenite nanoparticles crystallization during rapid cooling / И. В. Зоря, Г. М. Полетаев, Ю. В. Бебихов, А. С. Семенов. – DOI 10.17073/0368-0797-2024-4-440-448. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2024. – Т. 67, № 4. – С. 440–448. – ISSN 0368-0797. – Библиогр.: с. 446–448 (37 назв.). – 5 рис.
Авторы:
Зоря, Ирина Васильевна, Полетаев, Геннадий Михайлович, Бебихов, Юрий Владимирович, Семенов, Алексей Сергеевич
Методом молекулярной динамики проведено исследование формирования структуры при кристаллизации наночастиц аустенита в условиях наличия примеси углерода. Рассматривалось влияние скорости охлаждения расплава, размера частиц, концентрации атомов углерода в частице на особенности образующейся структуры при кристаллизации и температуру начала кристаллизации. Показано, что формированием нанокристаллической структуры наночастиц можно управлять путем варьирования скорости охлаждения и введения примеси углерода: при скорости охлаждения выше 1013 К/с в используемой модели кристаллизация не успевала произойти, при скорости ниже 5·1012 К/с частица аустенита кристаллизовалась с образованием нанокристаллической структуры. При этом при снижении скорости охлаждения наблюдалось уменьшение плотности дефектов в конечной структуре. При скорости 5·1011 К/с и менее кристаллизация частиц без углерода проходила с образованием низкоэнергетических границ зерен (с высокой плотностью сопряженных узлов: специальных границ, двойников). Температура кристаллизации при охлаждении со скоростью ниже 1012 К/с обратно пропорциональна диаметру частицы: по мере уменьшения размера частицы увеличивается доля свободной поверхности, что приводит к уменьшению вероятности образования кристаллических зародышей. Кроме того, температура кристаллизации увеличивается при уменьшении скорости охлаждения. Введение примеси углерода приводило к снижению температуры кристаллизации наночастиц: при наличии 10 ат. % углерода она уменьшалась примерно на 200 К для частиц разного размера. Атомы углерода часто образовывали скопления, состоящие из нескольких атомов углерода. Такие скопления искажали образующуюся кристаллическую решетку металла вокруг себя, препятствуя кристаллизации. В условиях наличия примеси углерода конечная структура кристаллизовавшихся частиц имела более высокую плотность границ зерен и других дефектов. Атомы углерода, особенно скопления из них, закреплялись преимущественно на границах зерен и тройных стыках.
Ефимов, Михаил Олегович. Градиент микротвердости в зоне контакта покрытие (ВЭС CoCrFeNiMn) – подложка (сплав 5083) = Gradient of microhardness in the contact zone coating (HEA CoCrFeNiMn) – substrate (alloy 5083) / М. О. Ефимов, И. А. Панченко, Ю. А. Шляров. – DOI 10.17073/0368-0797-2024-4-398-400. – Текст : непосредственный // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2024. – Т. 67, № 4. – С. 398–400. – ISSN 0368-0797. – Библиогр.: с. 400 (7 назв.). – 2 рис.
Авторы:
Ефимов, Михаил Олегович, Панченко, Ирина Алексеевна, Шлярова, Юлия Андреевна
Тематические рубрики:
Труды ученых СибГИУ—Статьи; Материаловедение—Статьи
Ключевые слова:
микротвердость, зона контакта, подложка, покрытие, высокоэнтропийные сплавы, структура
В настоящей работе методом проволочно-дугового аддитивного производства (WAAM) на подложке из сплава 5083 формируется покрытие из высокоэнтропийного сплава CoCrFeNiMn неэквиатомного состава. Авторы исследуют изменение микротвердости в зоне контакта системы покрытие – подложка. С помощью методов современного физического материаловедения проанализированы структурно-фазовое состояние, дефектная структура и элементный состав системы покрытие – подложка. Обнаружены физические механизмы, способствующие повышению твердости в зоне контакта.
Molecular dynamics study of the influence of carbon impurity on austenite nanoparticles crystallization during rapid cooling / I. V. Zorya, G. M. Poletaev, Yu. V. Bebikhov, A. S. Semenov. – DOI 10.17073/0368-0797-2024-4-440-448. – Текст : непосредственный // Izvestiya. Ferrous Metallurgy. – 2024. – Vol. 67, № 4. – P. 440–448. – ISSN 0368-0797. – Bibliography: p. 446–448 (37 titles). – 5 fig.
Авторы:
Zorya, I. V., Poletaev, G. M., Bebikhov, Yu. V., Semenov, A. S.
Тематические рубрики:
The works of SibSIU scientists—Articles; Труды ученых СибГИУ—Статьи
The molecular dynamics method was used to study the structure formation during austenite nanoparticles crystallization in the presence of carbon impurities. The paper describes the dependence of the melt cooling rate, particle size, concentration of carbon atoms in the particle on the resulting structure features during crystallization and temperature of the crystallization onset. Formation of the nanocrystalline structure of nanoparticles can be controlled by varying the cooling rate and introducing a carbon impurity: at a cooling rate above 1013 K/s in the model used, crystallization did not have time to occur; at a rate below 5·1012 K/s, the austenite particle crystallized to form a nanocrystalline structure. At the same time, with a decrease in the cooling rate, a decrease in the density of defects in the final structure was observed. At a rate of 5·1011 K/s or less, crystallization of carbon-free particles took place with the formation of low-energy grain boundaries (with a high density of conjugate nodes: special boundaries, twins). The crystallization temperature during cooling at a rate below 1012 K/s is inversely proportional to the particle diameter: as the particle size decreases, the proportion of free surface increases, which leads to a decrease in the probability of crystalline nuclei formation. In addition, the crystallization temperature increases with a decrease in the cooling rate. The introduction of a carbon impurity led to a decrease in the crystallization temperature of nanoparticles: in the presence of 10 at. %. As a percentage of carbon, it decreased by about 200 K for particles of different sizes. Carbon atoms often formed clusters consisting of several carbon atoms. Such clusters distorted the resulting crystal lattice of metal around them, preventing crystallization. In the presence of a carbon impurity, the final structure of the crystallized particles contained a higher density of grain boundaries and other defects. Carbon atoms, especially clusters of them, were fixed mainly at grain boundaries and triple joints.