Статьи из номера журнала: Вестник Сибирского государственного индустриального университета : научный журнал. № 4 (54) / Министерство образования и науки Российской Федерации. – Новокузнецк, 2025.
Электронно-микроскопический анализ переходной зоны системы плазменное покрытие ‒ подложка = Electron microscopic analysis of the transition zone of the plasma coating ‒ substrate system / И. В. Баклушина, В. Е. Громов, Ю. Ф. Иванов [и др.]. – DOI 10.57070/2304-4497-2025-4(54)-17-26. – Текст : непосредственный // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. – 2025. – № 4 (54). – С. 17–26. – ISSN 2304-4497. – Библиогр.: с. 22-26 (25 назв.). – 4 рис.
Авторы:
Баклушина, Ирина Викторовна, Громов, Виктор Евгеньевич, Иванов, Юрий Федорович, Литовченко, Игорь Юрьевич, Крюков, Роман Евгеньевич, Юрьев, Алексей Борисович
Тематические рубрики:
Труды ученых СибГИУ—Статьи
Ключевые слова:
быстрорежущая молибденовая сталь, плазменный метод, импульсный электронный пучок, облучение, система покрытие ‒ подложка, интерфейс, структура, фазовый состав
Используя технологию плазменной наплавки в защитно-легирующей среде азота, сформировано покрытие толщиной примерно 9 ‒ 10 мм на стали марки 30ХГСА порошковой проволокой системы Mo ‒ Cr ‒ Co ‒ C. Методами современного физического материаловедения проведены исследования структурно-фазового состояния и элементного состава переходной зоны контакта системы плазменное покрытие (быстрорежущая молибденовая сталь) ‒ подложка (среднеуглеродистая сталь)», подвергнутой электронно-пучковой обработке. Плотность энергии пучка электронов составляла 30 Дж/см2, длительность импульсов пучка электронов 50 мкс, количество импульсов облучения 10, частота следования импульсов 0,3 с1. Установлено, что формирование покрытия сопровождается созданием протяженного переходного слоя примерно 100 мкм, который содержит α-фазу, γ-фазу, карбиды сложного состава. Установлено, что переходный слой после облучения содержит микрократеры и микротрещины, фрагментирующие его на области различных размеров. После облучения в объеме переходного слоя выявлена пластинчатая структура, содержащая частицы цементита карбида Mе6C. Методами рентгеноструктурного анализа установлено, что зона контакта, непосредственно примыкающая к покрытию, содержит зерна остаточного аустенита, упрочненные наноразмерными карбидами Mе6C.
Современные аспекты исследования влияния внешних магнитных полей на деформационные характеристики металлических материалов = Modern aspects of studying the effect of external magnetic fields on the deformation characteristics of metallic materials / В. В. Шляров, А. А. Серебрякова, К. В. Аксенова, Д. В. Загуляев. – DOI 10.57070/2304-4497-2025-4(54)-41-59. – Текст : непосредственный // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. – 2025. – № 4 (54). – С. 115–130. – ISSN 2304-4497. – Библиогр.: с. 53–58 (57 назв.). – 11 рис.
Авторы:
Шляров, Виталий Владиславович, Серебрякова, Анна Александровна, Аксенова, Крестина Владимировна, Загуляев, Дмитрий Валерьевич
Проведен анализ влияния постоянных и импульсных магнитных полей различной интенсивности на деформационные характеристики металлических материалов, преимущественно пара- и диамагнетиков. Установлено, что выдержка образцов в магнитных полях с индукцией 0,1 – 0,5 Тл приводит к перераспределению легирующих атомов, ослаблению связи дислокаций с точечными и протяженными дефектами кристаллической решетки, что обуславливает снижение микротвердости материалов на 15 – 25 % по сравнению с исходным состоянием. В области слабых полей (10 – 50 мТл) обнаружена выраженная нелинейная зависимость предела текучести и относительного удлинения от индукции, что указывает на высокую чувствительность макропластических свойств металлов к малым значениям магнитного воздействия. Для сплава Al – Zn – Mg – Cu обработка при поле 1 Тл и в интервале температур 110 – 140 °C способствует снижению критического напряжения сдвига на 10 – 15 % и интенсифицирует процесс нуклеации η′-фазы, что связано с уменьшением межфазной энергии и активацией структурно-кинетических процессов. В титановом сплаве Ti – 6Al – 4V действие поля 2 Тл способствует росту плотности дислокаций до 60 %, увеличению микротвердости на 8 % и относительного удлинения до 13 %, что объясняется участием спинозависимых переходов в механизмах пластической деформации. Воздействие импульсных магнитных полей стимулирует субгранулярную фрагментацию и существенное измельчение зерна, приводя к увеличению пластичности сплавов до 25 %. Полученные данные свидетельствуют о высоком потенциале магнитных полей как управляемого инструмента регулирования кинетики фазовых превращений, динамики дефектов и снижения энергетических барьеров пластического течения, что открывает новые возможности для интеграции магнитной обработки в современные промышленные технологии формоизменения и упрочнения конструкционных материалов различной природы.
Применение кварцитовых огнеупорных материалов в футеровке разливочных ковшей при производстве ферросилиция = The use of quartzite refractory materials in the lining of casting ladles in the production of ferrosilicon / К. А. Коренная, А. С. Запольский, А. Ю. Пронякин [и др.]. – DOI 10.57070/2304-4497-2025-4(54)-83-90. – Текст : непосредственный // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. – 2025. – № 4 (54). – С. 27–39. – ISSN 2304-4497. – Библиогр.: с. 87-99 (20 назв.). – 6 рис.
Авторы:
Коренная, Кристина Александровна, Запольский, Андрей Сергеевич, Пронякин, А. Ю., Темлянцев, Михаил Викторович, Запольская, Екатерина Михайловна, Кувшинникова, Наталья Игоревна
Рассмотрен вопрос разработки новых огнеупоров для футеровки ковшей ферросплавного производства. Представлен опыт применения огнеупорных кварцитовых кирпичей в качестве футеровки разливочных ковшей при производстве ферросилиция. Исследование направлено на повышение стойкости футеровки, увеличение межремонтных интервалов и снижение эксплуатационных затрат. Получено, что основной причиной разрушения рабочего слоя огнеупорной футеровки разливочного ковша является значительный перепад температур по толщине футеровки (до 1000 °C и более), возникающий в относительно короткий промежуток времени (термический удар). Основным разрушающим фактором являются термические напряжения в огнеупорной футеровке, возникающие при приеме расплава. Проведены эксперименты на АО «Кузнецкие ферросплавы», в ходе которых кварцитовые кирпичи, изготовленные по безобжиговой технологии с использованием жидкого стекла, были установлены в зоне наибольшего износа футеровки ковша. Кварцитовая футеровка выдержала 23 налива ферросилиция марки ФС75, что превышает стандартные показатели шамотного кирпича (10 – 15 наливов). Проведенные исследования выявили лучшую устойчивость кварцитового материала к термическим напряжениям и химическому воздействию расплава. Минералогические исследования подтвердили формирование устойчивых фаз (кристобалит, тридимит) в рабочей зоне, что способствует повышению долговечности футеровки. В огнеупоре присутствует наименее измененная брекчиевидная зона, переходная зона, кристобалит-тридимитовая, шлаковидная (внутренняя рабочая) зоны, кристобалитовая (внешняя рабочая) зона огнеупоров. Использование кварцитовых огнеупоров возможно для увеличения срока службы разливочных ковшей, снижения количества отходов и улучшения экономических и экологических показателей производства.
Получение высокотемпературных защитных покрытий путем модифицирования карбидами тугоплавких химических соединений = Production of high-temperature protective coatings by modification of hard-fusing carbides of chemical compounds / А. Д. Трофимова, И. В. Строкина, М. Х. Нориега Флорес, В. С. Маринич. – DOI 10.57070/2304-4497-2025-4(54)-112-121. – Текст : непосредственный // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. – 2025. – № 4 (54). – С. 115–130. – ISSN 2304-4497. – Библиогр.: с. 117-120 (31 назв.). – 3 рис., 2 табл.
Авторы:
Трофимова, А. Д., Строкина, Ирина Владимировна, Нориега Флорес, М. Х., Маринич, В. С.
Тематические рубрики:
Труды ученых СибГИУ—Статьи
Ключевые слова:
карбиды тугоплавких химических соединений, модифицирование сплавов, высокотемпературные покрытия, защитные покрытия, термостойкость, легирование, наноструктурное состояние, ресурс работы, металлокерамические композитные материалы, кристаллическая структура
Прогресс в области производства жаропрочных сплавов, ядерной энергетики, промышленной высокотемпературной химии обуславливает необходимость применения материалов, способных выдерживать воздействие высоких температур, а также совершенствование функциональных и эксплуатационных характеристик (твердости, прочности, износостойкости, коррозионной стойкости, срока службы) сталей и чугунов. Cуществующие соединения обладают низкими термостойкими свойствами и ограниченным ресурсом работы, повышение которого – актуальная задача, решаемая при помощи модифицирования. Модифицирование является одним из эффективных и относительно недорогих способов изменения структуры различных промышленных сплавов. Наиболее перспективными материалами, имеющими длительный срок эксплуатации и сохраняющими высокую твердость в широком диапазоне температур, являются карбиды тугоплавких химических соединений. Рассмотрены различные способы модифицирования карбидами тугоплавких металлов. Представлена характеристика многослойных и однослойных покрытий. Приведено обоснование модифицирующего эффекта, оказываемого на структуру сплавов тугоплавкими химическими соединениями карбидов. Результаты модифицирования углеродистой конструкционной стали карбидом вольфрама показали повышение ресурса работы стали на 70 %. Выявлено, что высокая доля зерна карбидной тугоплавкой фазы обеспечивает малый размер кристаллов, что приводит к более высокой твердости и прочности покрытия. Анализ модифицированной поверхности алюминия показал зависимость свойств поверхностного слоя от режимов процесса модификации. Установлено, что карбид тантала склонен к термическому разрушению, устраняемому дополнительным легированием. Представленные подходы к модифицированию поверхности металлов и сплавов могут стать решением проблемы отсутствия материалов, применяемых при нагреве высокотемпературными потоками до температур, превышающих 2000 – 2500 °С, в условиях воздействия агрессивных сред.
Протопопов, Евгений Валентинович. Определение характеристик тепломассопереноса в процессе обезуглероживания конвертерной ванны = Determination of heat and mass transfer characteristics in the process of decarbonization of the converter baths. Сообщение 3 / Е. В. Протопопов, С. С. Фатьянов, Е. М. Запольская. – DOI 10.57070/2304-4497-2025-4(54)-103-111. – Текст : непосредственный // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. – 2025. – № 4 (54). – С. 103–111. – ISSN 2304-4497. – Библиогр.: с. 109-111 (21 назв.). – 4 рис.
Авторы:
Протопопов, Евгений Валентинович, Фатьянов, С. С., Запольская, Екатерина Михайловна
Высокотемпературные экспериментальные исследования, выполненные с использованием двухкамерных моделей кислородных конвертеров, посвящены анализу и изучению процессов в конвертерной ванне при различных режимах комбинированной продувки с подачей через днище перемешивающего нейтрального газа. При обработке экспериментальных данных установлены значения изменения переходных и критических концентраций углерода в расплаве в зависимости от условий и особенностей режима продувки, высоты расположения кислородной фурмы и схемы размещения сопел в днище. Донная продувка нейтральным газом с расходом 0,05 – 0,20 м3/(т∙мин) при улучшении перемешивания ванны способствует снижению переходных концентраций углерода в интервале с 0,9 – 1,2 % для условий верхней продувки до 0,4 – 0,5 % при комбинированной продувке, начиная с которых неиспользованный на окисление примесей в реакционной зоне кислород начинает интенсивно поступать в объем расплава. На основании полученных экспериментальных данных для определения коэффициентов массопереноса в расплаве выполнена оценка эффективных коэффициентов диффузии углерода для различных условий и периодов плавки в зависимости от установившихся параметров циркуляции расплава и характерных размеров сталеплавильной ванны с использованием принятых допущений и использования аналитических моделей, полученных при анализе формы реакционной зоны и особенностей взаимодействия газовых струй с расплавом. Получены формулы и выполнены расчеты характеристик массообменных процессов в конвертерной ванне после снижения концентрации углерода ниже переходных значений, определенных экспериментально. Получены значения эффективных коэффициентов диффузии для лабораторных конвертеров, которые составляют 20 – 270 см2/с с пересчетом на характеристики промышленных конвертеров емкостью 160 т, которые составляют 800 – 2700 см2/с. Полученная информация может быть использована для оптимизации конструкций агрегатов и технологии комбинированной продувки.
Влияние электронно-пучковой обработки на напряженно-деформированное состояние покрытия молибденовой быстрорежущей стали = Stress-strain state of the surface of a high-speed molybdenum steel coating obtained by plasma surfacing / С. А. Невский, Л. П. Бащенко, И. В. Баклушина [и др.]. – DOI 10.57070/2304-4497-2025-4(54)-27-40. – Текст : непосредственный // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. – 2025. – № 4 (54). – С. 27–39. – ISSN 2304-4497. – Библиогр.: с. 37-39 (22 назв.). – 7 рис.
Авторы:
Невский, Сергей Андреевич, Бащенко, Людмила Петровна, Баклушина, Ирина Викторовна, Громов, Виктор Евгеньевич, Михайлов, Д. Д., Гостевская, Анастасия Николаевна
Изучена эволюция напряженно-деформированного состояния покрытия из молибденовой быстрорежущей стали при электронно-пучковой обработке. В основу модели были положены уравнения термоупругости и теплопроводности. В качестве основной модели пластичности материала использовали модель линейного изотропного упрочнения. На верхней границе расчетной области задавали тепловой поток с учетом потерь на испарение вещества, ее считали свободной от напряжений. На нижней границе тепловой поток и перемещения считали равными нулю. На боковых границах расчетной области задавали периодические граничные условия по температуре и перемещению. Установлены распределения температуры и компонент тензора напряжений по расстоянию от поверхности облучения в различные моменты времени. Показано, что воздействие электронного пучка приводит к формированию биполярной термоупругой волны с устойчивыми полюсами в области растягивающих и сжимающих напряжений, которые расположены на расстоянии 4,2754 и 12,826 мкм от поверхности облучения. Появление максимума растягивающих напряжений обусловлено как формированием волны растяжения, так и закалочными эффектами, а также наличием карбидных фаз. Максимум сжимающих напряжений обусловлен наложением падающей и отраженной термоупругих волн. Получено распределение эквивалентных пластических деформаций по расстоянию от поверхности облучения. Его анализ показал, что вне зависимости от времени пластической деформацией охвачен слой толщиной до 20 мкм. Наибольшие значения эквивалентной пластической деформации (примерно 1,97 – необходимо уточнить к чему относится) наблюдаются вблизи поверхности материала. Области наибольших пластических деформаций размещены в виде паттерна. Это является следствием появления максимумов положительных и отрицательных компонент тензора напряжений в интервале от 4 до 15 мкм. Такой характер распределения эквивалентных пластических деформаций объясняет появление наблюдаемой на электронно-микроскопических изображениях сетки микротрещин.