ЭКиП № 8, 2018

Пресс-релиз. Глубокая переработка зерна и промышленная биотехнология – в центре внимания на форуме «Грэйнтек-2018»

Все новости

ЦМ 2015, №6

МЕТАЛЛУРГИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Каримов К.А., Набойченко С.С., Неустроев В.И. Автоклавное выщелачивание медных мышьяксодержащих штейнов растворами сульфата меди

УДК 669.2/83:66.046

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-4-9

Показана актуальность совершенствования технологии переработки сложного полиметаллического сырья, содержащего значительные количества токсичных примесей – мышьяка и свинца. Обсуждаются результаты по автоклавному выщелачиванию растворами сульфата меди штейнов, полученных после восстановительной плавки пылей ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод» (СУМЗ), содержащих наряду с медью значительное количество свинца и мышьяка. По данным рентгенофазового анализа образцов штейнов в них выявлены фазы сульфидов (PbS, PbS·As2S3, Cu2S, FeS, (Zn,Fe)S) и арсенидов (FeAs2, Cu3As, FeAs, Cu0.85As0.15), а также включения металлической меди. Установлены оптимальные параметры выщелачивания штейнов растворами сульфата меди: температура 150–180 °C, кислотность от 5 до 30 г/дм3, концентрация меди 14–32 г/дм3, что позволило извлечь в раствор 85 % As, а медь и свинец при этом оставались в кеке.

Каримов К.А. – аспирант, вед. инженер кафедры металлургии тяжелых и цветных металлов УрФУ (620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19). E-mail: kirill_karimov07@mail.ru.

Набойченко С.С. – чл.-кор. РАН, докт. техн. наук, проф., заведующий той же кафедрой. E-mail: svmamyachenkov@yandex.ru.

Неустроев В.И. – канд. техн. наук, доцент той же кафедры. E-mail: neustrpoev1948@mail.ru.

Karimov K.A., Naboichenko S.S., Neustroev V.I. Pressure leaching of copper arsenic-containing mattes with copper sulfate solutions

УДК 669.2/83:66.046

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-4-9

The topicality is shown to improve the processing technology of complex polymetallic raw material containing a considerable amount of toxic impurities of arsenic and lead. Results on pressure leaching the mattes acquired after reduction smelting the dusts of OAO Sredneural’skii Copper Smeltery (SUMZ) by solutions of copper sulfate are discussed. These mattes contain a considerable amount of lead and arsenic. According to the data of X-ray phase analysis of matte samples, phases of sulfides (PbS, PbS·As2S3, Cu2S, FeS, and (Zn,Fe)S) and arsenides (FeAs2, Cu3As, FeAs, and Cu0,85As0,15), as well as inclusions of metallic copper, are revealed in them. Optimal parameters of matte leaching by copper sulfate solutions are the temperature of 150–180 °C, acidity from 5 to 30 g/dm3, and copper concentration of 14–32 g/dm3. This process made it possible to extract 85 % As into the solution, while copper and lead remained in the cake in this case.

Karimov K.A. – Post-graduate Student, Principal Engineer, Department «Metallurgy and heavy non-ferrous metals», Ural Federal University (UrFU) (620002, Russia, Ekaterinburg, Mira str., 19). E-mail: kirill_karimov07@mail.ru.

Naboichenko S.S. – Corresponding Member of the RAS, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Head of Department «Metallurgy and heavy non-ferrous metals», UrFU. E-mail: svmamyachenkov@yandex.ru.

Neustroev V.I. – Cand. Sci. (Eng.), Associate Prof., Department «Metallurgy and heavy non-ferrous metals», UrFU. E-mail: neustrpoev1948@mail.ru.

Ключевые слова:
полиметаллическое сырье, плавка, штейн, автоклавное выщелачивание, медь, свинец, мышьяк, извлечение, polymetallic raw material, smelting, matte, pressure leaching, copper, lead, arsenic, recovery

Амерханова Ш.К., Шляпов Р.М., Уали А.С. Термодинамические функции образования твердой фазы в системе Fe(II))/Ni(II) – дибутилдитиофосфат аммония – диизооктилдитиофосфат аммония

УДК  553.4:351.823

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-10-14

Потенциометрическим методом изучены процессы формирования осадков дибутилдитиофосфата–диизооктилдитиофосфата никеля (II) и железа (II). Проведены расчеты произведений растворимости для Ni- и Fe-содержащих осадков дибутилдитиофосфата и диизооктилдитиофосфата аммония. Показано, что увеличение температуры по-разному влияет на процесс осаждения: для комплексов ионов Fe(II) во всем интервале ионных сил (I = 0¸0,75) растворимость уменьшается, тогда как для ионов Ni(II) она снижается только при низких значениях этого показателя (I = 0¸0,25), а при высоких – осадок растворяется. На основании данных по произведению растворимости рассчитаны термодинамические характеристики процесса образования осадков дибутилдитифофосфата–диизооктилдитиофосфата железа (II) и никеля (II) – изменение энергии Гиббса, энтальпия и энтропия. Показано, что на указанный процесс определяющее влияние оказывает сольватация компонентов, причем в случае ионов железа (II) оно наибольшее в интервале I = 0,50¸0,75, а для ионов никеля (II) – при I = 0¸0,25.

Амерханова Ш.К. – докт. хим. наук, профессор кафедры физической и аналитической химии КарГУ (100028, Респ. Казахстан, г. Караганда, ул. Университетская, 28). Тел.: +7 (7212) 41-62-18. E-mail: amerkhanova_sh@mail.ru.

Шляпов Р.М. – канд. хим. наук, доцент кафедры химической технологии и экологии КарГУ.

Уали А.С. – канд. хим. наук, доцент той же кафедры. E-mail: ualieva.84@mail.ru.

Amerkhanova Sh.K., Shlyapov R.M., Uali A.S. Thermodynamic functions for the formation of the solid phase in the Fe(II)/Ni(II) – ammonium dibutyldithiophosphate – ammonium diisooctyldithiophosphate

УДК  553.4:351.823

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-10-14

The formation of precipitates of dibutyldithiophosphate–diisooctyldithiophosphate of nickel(II) and iron(II) are investigated by the potentiometric method. Solubility products for Ni-containing and Fe-containing precipitates of ammonium dibutyldithiophosphate and diisooctyldithiophosphate are calculated. It is shown that an increase in temperature differently affects the deposition process, notably, solubility for complexes of Fe(II) ions decreases overall the ionic strength range (I = 0¸0,75), while it decreases for Ni(II) ions only at low values of this characteristic (I = 0¸0,25), and the precipitate dissolves at a high ionic strength. Thermodynamic characteristics of the precipitate formation of dibutyldithiophosphate–diisoocryldithiophosphate of iron(II) and nickel(II), notably, the variation in the Gibbs energy, enthalpy, and entropy are calculated based on the data on the solubility product. It is shown that the solvation of components exerts the determining effect on the mentioned process, and it is largest in range I = 0,50¸0,75 in the case of iron(II) ions and at I = 0¸0,25 in the case of nickel (II) ions.

Amerkhanova Sh.K. – Dr. Sci.(Chem.), Prof., Department of Physical and Analytical Chemistry, Karaganda State University (KSU) (100028, Republic of Kazakhstan, Karaganda, Universitetskaya str., 28). Tel .: +7 (7212) 41-62-18. E-mail: amerkhanova_sh@mail.ru.

Shlyapov R.M. – Cand. Sci. (Chem.), Associate Prof., Department of Chemical Engineering and Petroleum Chemistry, KSU.

Uali A.S. – Cand. Sci. (Chem.), Associate Prof., Department of Chemical Engineering and Petroleum Chemistry, KSU. E-mail: ualieva.84@mail.ru.

Ключевые слова:
фосфорсодержащие собиратели, произведение растворимости, изменение энергии Гиббса, энтальпия, энтропия, сольватация, phosphorus-containing collectors, solubility product, variation in the Gibbs energy, enthalpy, entropy, solvation

Кулифеев В.К., Кропачев А.Н., Тарасов В.П. Термодинамические исследования и обоснование алюминотермического способа получения кальция

УДК  669.891:669.094.23

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-15-22

Для поиска путей решения задачи по снижению себестоимости производства металлического кальция предложено рассмотреть процесс его алюминотермического получения на примере системы СаО–Al. Выполнен термодинамический анализ в указанной системе, который показал, что процесс алюминотермического восстановления кальция из его оксида технически осуществим при давлении 5–10 Па и температуре 1200–1500 °С. Выявлено, что проведение процесса восстановления при остаточном давлении менее 1 атм (101,3 кПа) значительно снижает термодинамические температуры начала реакций. Установлено, что для практических целей можно использовать только три реакции, в ходе которых образуются следующие алюминаты кальция: 3CaO·Al2O3, 5CaO·3Al2O3 (12CaO·7Al2O3) и CaO·Al2O3. Предложено в зависимости от конечного соединения разделить процесс на «низкотемпературный» (до 1200 °С, выход кальция не более 64,3 %) и «высокотемпературный» (до 1500 °С, до 75 % Ca). В последующем планируется опытным путем подтвердить полученные данные.

Кулифеев В.К. – докт. техн. наук, профессор, эксперт кафедры цветных металлов и золота НИТУ «МИСиС» (117049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4). E-mail: kulifeev@mail.ru.

Кропачев А.Н. – канд. техн. наук, доцент той же кафедры. E-mail: kan@misis.ru.

Тарасов В.П. – докт. техн. наук, профессор, заведующий той же кафедрой. E-mail: vptar@misis.ru.

Kulifeev V.K., Kropachev A.N., Tarasov V.P. Thermodynamic investigations and substantiation of the aluminothermic fabrication method of calcium

УДК  669.891:669.094.23

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-15-22

To search the ways of solving the problem on decreasing the prime cost of producing metallic calcium, it is proposed to consider its aluminothermic production by the example of the CaO–Al system. The thermodynamic analysis implemented for this system showed that the aluminothermic reduction of calcium from its oxide is technically performable under a pressure of 5–10 Pa and temperature of 1200–1500 °C. It is revealed that the implementation of reduction under the residual pressure lower than 1 atm (101,3 Pa) considerably lowers the thermodynamic temperatures of reaction beginning. It is established that only three reactions, in the course of which, calcium aluminates 3CaO·Al2O3, 5CaO·3Al2O3 (12CaO·7Al2O3), and CaO·Al2O3 are formed, can be used for practical purposes. It is proposed, depending on the final state, to separate the process into the «low-temperature» one (up to 1200 °C, the calcium yield is no higher than 64,3 %) and «high-temperature» one (up to 1500 °C, up to 75 % Ca). It is planned to further confirm these data experimentally.

Kulifeev V.K. – Dr. Sci. (Eng.), Prof., Department Non-ferrous Metals and Gold, National University of Science and Technology «MISIS» (117049, Russia, Moscow, Leninsky prospect, 4). E-mail: kulifeev@mail.ru.

Kropachev A.N. – Cand. Sci. (Eng.), Prof., Department Non-ferrous Metals and Gold, NUST «MISIS». E-mail: kan@misis.ru.

Tarasov V.P. – Dr. Sci. (Eng.), Prof., Head of Department Non-ferrous Metals and Gold, NUST «MISIS». E-mail: vptar@misis.ru.

Ключевые слова:
кальций, алюминотермическое восстановление, алюминаты, термодинамика, температура термодинамического начала реакции, вакуум, calcium, aluminothermic reduction, aluminates, thermodynamics, thermodynamic temperature of reaction beginning, vacuum

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Аборкин А.В., Елкин А.И., Бабин Д.М. Особенности изменения энергосиловых параметров, температуры и гидростатического давления при непрерывном прессовании некомпактного алюминиевого материала

УДК  621.777; 621.762.4

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-23-29

Проведено исследование процесса непрерывного прессования (метод «Конформ») некомпактного алюминиевого материала системы Al–Mg. Получены экспериментальные данные об изменении температуры и энергосиловых параметров процесса. Выполнен анализ изменения температуры и гидростатического давления в зоне деформационной обработки, в ходе которого выявлено 7 зон, качественно характеризующих протекание процесса прессования некомпактного материала. Отмечена существенная неоднородность величины гидростатического давления в очаге деформации, обуславливающая неоднородность свойств получаемых заготовок.

Аборкин А.В. – канд. техн. наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» ВлГУ (600000, г. Владимир, ул. Горького, 87). E-mail: aborkin@vlsu.ru.

Елкин А.И. – канд. техн. наук, доцент той же кафедры. E-mail: elkin@vlsu.ru.

Бабин Д.М. – ассистент колледжа Инновационных технологий и предпринимательства ВлГУ. E-mail: necros-m2@yandex.ru.

Aborkin A.V., Elkin A.I., Babin D.M. Features of the variation of energy-power parameters, temperature, and hydrostatic pressure under continuous extrusion of a noncompact aluminum material

УДК  621.777; 621.762.4

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-23-29

Continuous extrusion (the Сonform method) of a noncompact aluminum material of the Al–Mg system is investigated. The experimental data on the variation in temperature and energy-power process parameters are found. The analysis of the variation in temperature and hydrostatic pressure in the zone of the deformation treatment is implemented. Seven zones, which qualitatively characterize the compaction of a noncompact material, are revealed during this analysis. An essential nonuniformity of the hydrostatic pressure in the deformation region, which conditions the inhomogeneity of the properties of prepared billets, is observed.

Aborkin A.V. – Cand. Sci. (Eng.), Associate Prof., Department of Mechanical Engineering Technology, Vladimir State University named after Alexander and Nikolay Stoletovs (VlSU) (600000, Russia, Vladimir, Gorkogo str., 87). E-mail: aborkin@vlsu.ru.

Elkin A.I. – Cand. Sci. (Eng.), Associate Prof., Department of Mechanical Engineering Technology, VlSU. E-mail: elkin@vlsu.ru.

Babin D.M. – Assistant College of Innovative Technology and Business of VlSU. E-mail: necros-m2@yandex.ru.

Ключевые слова:
непрерывное прессование металлов, моделирование, некомпактные материалы, температура, гидростатическое давление, continuous extrusion of metals, modeling, noncompact materials, temperature, hydrostatic pressure

Лехов О.С., Лисин И.В. Установка совмещенного процесса непрерывного литья и деформации для производства биметаллических полос

УДК  621.746 + 621.771

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-30-35

Приведены результаты исследования нового совмещенного процесса непрерывного литья и деформации для получения биметаллических полос. Предложена методика расчета параметров технологического процесса и установки для производства биметаллических полос. Определены напряжения в очаге деформации металла плакировочного слоя при получении биметалла сталь–алюминий. Для оценки новой технологии и качества биметалла проведены экспериментальные исследования получения на опытной установке биметалла сталь–алюминий.

Лехов О.С. – докт. техн. наук, профессор кафедры автомобилей и подъемно-транспортных машин РГППУ (620012, г. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11). E-mail: MXLehov@yandex.ru.

Лисин И.В. – соискатель ученой степени канд. техн. наук РГППУ. E-mail: liv_41@mail.ru.

Lekhov O.S., Lisin I.V. An installation for the combined continuous casting and deformation for the production of bimetallic strips

УДК  621.746 + 621.771

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-30-35

The results of studying a new combined process of continuous casting and deformation for manufacturing bimetallic strips are presented. A procedure for calculating parameters of the manufacturing process and installation for the production of bimetallic strips is proposed. Stresses in the deformation region of metal of the cladding layer when producing steel–aluminum bimetal are determined. To evaluate a new manufacturing technology of bimetallic strips and bimetal quality, experimental investigations of fabricating steel–aluminum bimetal using a pilot installation are performed.

Lekhov O.S. – Dr. Sci. (Eng.), Prof., Department of Vehicles and Handling Machines, Russian State Vocational Pedagogical University (RSVPU) (Russia, 620012, Ekaterinburg, Mashinostroiteley str., 11). E-mail: MXLehov38@yandex.ru.

Lisin I.V. – Сompetitor for academic degree of Cand. Sci., RSVPU. E-mail: liv_41@mail.ru.

Ключевые слова:
биметалл, плакирование, сталь, алюминий, совмещенный процесс, непрерывное литье, деформация, кристаллизатор, стенка-боек, напряжение, конечный элемент, модуль, структура металла, bimetal, cladding, steel, aluminum, combined process, continuous casting, deformation, crystallizer, wall-face, finite element, module, metal structure

Ерисов Я.А., Гречников Ф.В., Оглодков М.С. Влияние режимов изготовления листов из сплава В-1461 на кристаллографию структуры и анизотропию свойств

УДК  673.15 + 620.172.2

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-36-42

Приведены результаты исследования влияния режимов изготовления листов толщиной 1,5, 2,0 и 3,0 мм из Al–Li-сплава В-1461 на микроструктуру, кристаллографическую ориентацию и анизотропию свойств. Установлено, что для всех изученных образцов характерна деформированная структура, при этом листы толщиной 3,0 мм имеют частично рекристаллизованную структуру, толщиной 2,0 мм – нерекристаллизованную, а толщиной 1,5 мм – в основном рекристаллизованную. Преимущественной кристаллографической ориентировкой образцов толщиной 1,5 мм является [110](200), 2,0 мм – [110](110) и 3,0 мм – [210](110). Все листы независимо от толщины обладают незначительной анизотропией свойств, при этом для них характерны крайне низкие значения показателя анизотропии (µ < 0,4). Это и определяет склонность алюминий­литиевых сплавов к преимущественному развитию деформации по толщине листа, приводящей к преждевременному его утонению и снижению допустимого формоизменения при вытяжке и обтяжке.

Ерисов Я.А. – канд. техн. наук, вед. инженер НИЛ-37 СГАУ (443086, г. Самара, Московское шоссе, 34). E-mail: yaroslav.erisov@mail.ru.

Гречников Ф.В. – чл.-кор. РАН, докт. техн. наук, проф., зав. кафедрой обработки металлов давлением СГАУ. Тел.: (846) 337-53-81. Факс: (846) 337-82-79. E-mail: gretch@ssau.ru.

Оглодков М.С. – канд. техн. наук, стар. науч. сотр. НИЛ-37 СГАУ; ст. науч. сотр. ФГУП «ВИАМ» (105005, г. Москва, ул. Радио, 17). E-mail: ogmih83@mail.ru.

Erisov Ya.A., Grechnikov F.V., Oglodkov M.S. The influence of fabrication modes of sheets of V-1461 alloy on the structure crystallography and anisotropy of properties

УДК  673.15 + 620.172.2

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-36-42

The results of studying the influence of manufacturing modes of sheets 1,5, 2,0 and 3,0 mm thick made of V-1461 Al–Li alloy on the microstructure, crystallographic orientation, and anisotropy of properties are presented. It is established that the deformed structure is characteristic of all studied samples, and sheets 3.0 mm thick have partially recrystallized structure, those 2,0 mm thick have unrecrystallized structure, and those 1,5 mm thick have mainly recrystallized structure. The preferential crystallographic orientation of the samples 1,5 mm thick is [110](200), that of samples 2,0 mm thick is [110](110), and that of 3,0 mm thick is [210](110). All the sheets possess insignificant anisotropy of properties irrespective of thickness, and extremely low anisotropy index (µ < 0,4) is characteristic of them. These facts determine the liability of aluminum–lithium alloys to the preferential development of deformation over the sheet thickness, which leads to its premature thinning and lowers admissible forming in the course of drawing and stretching.

Erisov Ya.A. – Cand. Sci. (Eng.), Senior Engineer of NIL-37 of Samara State Aerospace University (SSAU) (443086, Russia, Samara, Moskovskoe shosse, 34). E-mail: yaroslav.erisov@mail.ru.

Grechnikov F.V. – Dr. Sci. (Eng.), Corresponding Member of the RAS, Head of Metal Forming Department of SSAU. E-mail: gretch@ssau.ru.

Oglodkov M.S. – Senior Researcher of NIL-37 of SSAU, Senior Researcher of All-Russia Institute of Aviation Materials (105005, Russia, Moscow, Radio str., 17). E-mail: ogmih83@mail.ru.

Ключевые слова:
прокатка, термическая обработка, алюминий­литиевый сплав, В-1461, кристаллографическая ориентация, механические свойства, анизотропия, микроструктура, rolling, thermal treatment, aluminum–lithium alloy, V-1461, crystallographic orientation, mechanical properties, anisotropy, microstructure

МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

Лузгин Д.В., Полькин В.И. Объемные металлические стекла: получение, структура, структурные изменения при нагреве

УДК  669.2/.8.017-154

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-43-52

Объемные металлические стекла (ОМС) систем Pd–Cu–Si и Pd–Ni–P были получены из расплава в 70–80-х годах прошлого века. Однако ввиду исключительной дороговизны основного компонента (палладия) они долгое время не представляли особого интереса для ученых и инженеров. Относительно недавно ОМС в виде слитков макроскопического размера были получены в сплавах на основе промышленных металлов (железа, меди, магния и титана), что открыло широкие возможности для их применения. ОМС обладают высокими показателями прочности, твердости, износостойкости, упругой деформации и сопротивления коррозии. В настоящей работе приведен обзор литературных источников и описаны основные научные достижения в данной области. Отмечено что главными, не до конца решенными научными проблемами являются описания структуры ОМС, а также процессов стеклования и пластической деформации, а технической задачей, приковывающей внимание ученых разных стран, – повышение пластичности и ударной вязкости данных материалов.

Лузгин Д.В. – докт. техн. наук, профессор Университета Тохоку (2-1-1 Катахира, Аоба­ку, Сендай, 980-8577, Япония). E-mail: dml@wpi-aimr.tohoku.ac.jp.

Полькин В.И. – канд. техн. наук, доцент кафедры «Технология и оборудование трубного производства» МИСиС (119049, г. Москва, Ленинский пр., 4). E-mail: vipolkin@gmail.com.

Louzguine D.V., Pol’kin V.I. Bulk metallic glasses: fabrication, structure and structural changes under heating

УДК  669.2/.8.017-154

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-43-52

Bulk metallic glasses (BMGs) of Pd–Cu–Si and Pd–Ni–P system were formed from the melt in 1970s–1980s. However, in view of the extremely high cost of the main component (palladium), they were out of special interest for scientists and engineers for a long time. Relatively recently, BMGs in a form of macroscopic-size ingots were fabricated in alloys based on industrial metals (iron, copper, magnesium, and titanium), which opened wide possibilities for their application. BMGs possess high strength, hardness, wear resistance, elastic deformation, and corrosion resistance. In this study, a review of publications is presented and main scientific achievements in this field are described. It is noted that main scientific problems, which are not solved completely, are the description of the BMG structure as well as vitrification and plastic deformation, while the technical problem, which attracts attention of scientists in many countries, is an increase in plasticity and impact fracture toughness of these materials.

Louzguine D.V. – Dr. Sci. (Eng.), Prof., WPI Advanced Institute for Materials Research, Tohoku University (2-1-1 Katahira, Aoba-Ku, Sendai, 980-8577, Japan). E-mail: dml@wpi-aimr.tohoku.ac.jp.

Pol’kin V.I. – Cand. Sci. (Eng.), Assistant Prof., National University of Science and Technology «MISIS» (119049, Russia, Moscow, Leninsky prospect, 4). E-mail: vipolkin@gmail.com.

Ключевые слова:
объемные металлические стекла, структура, стеклование, прочность, пластичность, bulk metallic glasses, structure, vitrification, strength, ductility

САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩИЙСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ

Федотов А.Ф., Амосов А.П., Латухин Е.И., Новиков В.А. Получение алюмокерамических каркасных композитов на основе МАХ-фазы Ti2AlC методом СВС-прессования

УДК  621.763 : 669.715

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-53-62

Рассмотрена одностадийная технология получения алюмокерамических каркасных композитов путем совмещения процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) пористого каркаса из МАХ-фазы состава Ti2AlC и его пропитки под давлением расплавом алюминия (метод СВС-прессования). Выбран состав экзотермической шихты 2Ti + C + 22,5мас.%Al + 10мас.%TiH2, обеспечивающий получение по технологии СВС пористого каркаса МАХ-фазы Ti2AlC без примесных фаз. Показано, что при пропитке алюминием горячего СВС-каркаса образуются новые фазы: МАХ-фаза (Ti3AlC2), карбид (TiC) и алюминид (Al3Ti) титана. Вместе с тем содержание базовой МАХ-фазы остается высоким, и керамический компонент материала на 76 % состоит из Ti2AlC. При анализе микроструктуры выявлено, что после пропитки и охлаждения композит имеет некоторую остаточную пористость. Выполнены экспериментальные исследования влияния давления пропитки (q = 22, 28 и 35 МПа) на распределение содержания алюминия по высоте и радиусу диаметрального сечения образца. Показано, что неоднородное распределение Al по объему образца обусловлено неоднородными полями давления и температуры и разной уплотняемостью горячих внутренних и более холодных наружных объемов образца. При увеличении давления пропитки степень уплотнения характерных зон выравнивается и неоднородность состава по объему образца уменьшается. При q = 35 МПа разность концентраций алюминия по объему образца не превышает 5 %. По уровню твердости (HB » 150 кг/мм2) СВС-прессованный алюмокерамический каркасный композит на основе МАХ-фазы Ti2AlC соответствует алюминиевым сплавам высокой прочности Al–Zn–Mg–Cu.

Федотов А.Ф. – докт. техн. наук, профессор кафедры механики СамГТУ (443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244), вед. науч. сотрудник кафедры технологии металлов и авиационного материаловедения (ТМиАМ) СГАУ (443086, Самара, Московское шоссе, 34). E-mail: a.fedotov50@mail.ru.

Амосов А.П. – докт. физ.-мат. наук, проф., зав. кафедрой металловедения, порошковой металлургии, наноматериалов (МПМН) СамГТУ, зав. кафедрой ТМиАМ СГАУ. E-mail: egundor@yandex.ru.

Латухин Е.И. – канд. техн. наук, доцент кафедры МПМН СамГТУ, ст. науч. сотрудник кафедры ТМиАМ СГАУ. E-mail: evgelat@yandex.ru.

Новиков В.А. – аспирант кафедры МПМН СамГТУ. E-mail: vladislav_novyi@mail.ru.

Fedotov A.F., Amosov A.P., Latukhin E.I., Novikov V.A. Fabrication of aluminum – ceramic skeleton composites based on the Ti2AlC MAX phase by SHS compaction

УДК  621.763 : 669.715

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-53-62

A one-stage manufacturing technology of aluminum-ceramic skeleton composites by combining the processes of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) of a porous skeleton formed by the MAX phase of the Ti2AlC composition and its impregnation by the aluminum melt under the pressure (SHS compaction). A composition of the exothermic charge 2Ti + C + 22,5 wt % Al + 10 wt % TiH2, which provides the formation of a porous skeleton of the Ti2AlC phase without impurity phases by the SHS technology, is selected. It is shown that when impregnating the hot SHS skeleton with aluminum, new phases are formed such as the MAX phase (Ti3AlC2), titanium carbide (TiC), and titanium aluminide (Al3Ti). However, the content of the basic MAX phase remains high, and the ceramic component of the material consists of Ti2AlC by 76 %. When analyzing the microstructure, it is revealed that the composite has certain residual porosity after the impregnation and cooling. The influence of the impregnation pressure (q = 22, 28 and 35 MPa) on the distribution of the aluminum content over the height and radius of the diametral sample section is investigated experimentally. It is shown that the nonuniform Al distribution over the sample bulk is caused by the nonuniform pressure and temperature fields as well as different compactibility of hot inner and colder outer sample parts. The degree of compaction of characteristic zones is leveled as the impregnation pressure increases, and composition inhomogeneity over the sample bulk decreases. The difference of aluminum concentration over the sample bulk at q = 35 MPa does not exceed 5 %. By the hardness level (HB » 150 kg/mm2), the SHS-compacted aluminum-ceramic skeleton composite based on the Ti2AlC MAX phase corresponds to high-strength Al–Zn–Mg–Cu aluminum alloys.

Fedotov A.F. – Dr. Sci. (Eng.)., Prof., Department of Mechanics, Samara State Technical University (SamSTU) (443086, Russia, Samara, Moskovskoye shosse, 34); Leading Researcher, Department of Metals Technology and Aeronautical Materials Science, Samara State Aerospace University (SSAU) (443100, Russia, Samara, Molodogvardeyskaya str., 244, Main building). E-mail: a.fedotov50@mail.ru.

Amosov A.P. – Dr. Sci. (Phys.-Math.), Prof., Head of Department of Metals Science, Powder Metallurgy, Nanomaterials SamSTU; Head of Department of Metals Technology and Aeronautical Materials Science, SSAU. E-mail: egundor@yandex.ru.

Latukhin E.I. – Cand. Sci. (Eng.), Associate Prof., Department of Metals Science, Powder Metallurgy, Nanomaterials, SamSTU; Senior Researcher, Department of Metals Technology and Aeronautical Materials Science, SSAU. E-mail: evgelat@yandex.ru.

Novikov V.A. – Post-graduate Student, Department of Metals Science, Powder Metallurgy, Nanomaterials, SamSTU. E-mail: vladislav_novyi@mail.ru.

Ключевые слова:
алюмокерамический композит, каркас, самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), МАХ-фаза, пропитка под давлением, Keywords: aluminum-ceramic composite, skeleton, self-propagating high-temperature synthesis (SHS), MAX phase, pressure impregnation

Гостищев В.В., Астапов И.А., Меднева А.В., Хосен Ри, Химухин С.Н. Получение легированных никелидов алюминия металлотермией оксидов металлов

УДК  54.19.669

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-63-69

Изучены условия получения интерметаллидных сплавов NiAl, NiAl–Cr, NiAl–Cr–Mo–W совместным алюминотермическим восстановлением исходных оксидов металлов. Определены термодинамические характеристики протекающих при этом реакций. Температурная зависимость изменения изобарного потенциала (DG0, кДж/моль) реакций восстановления оксидов указывает на высокую вероятность образования сплавов. Методом дифференциального термического анализа выявлено, что восстановление оксидов металлов вступает в активную фазу после расплавления алюминия при ~650 °С и протекает по гетерогенному механизму в интервале температур 800–1100 °С. Установлен оптимальный состав исходной шихты, обеспечивающий максимальный выход металлов в сплавы. Экспериментально найдено, что выход металлов в сплавы составляет 85–92 мас.%. Продукты синтеза идентифицированы элементным и рентгенофазовым методами анализа как интерметаллиды системы NiAl, содержащие включения хрома, молибдена, вольфрама. Показано, что концентрация включений варьируется в пределах 1,5–6,5 мас.%. Определена микротвердость сплавов, которая изменяется от 3546 до 7436 МПа в зависимости от содержания легирующих элементов.

Гостищев В.В. – канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник Института материаловедения ХНЦ ДВО РАН и кафедры «Литейное производство и технология металлов» (ЛПиТМ) ТОГУ (680035, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136, ауд. 101п). E-mail: Gost.v.v@mail.ru.

АстаповИ.А. – канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник Института материаловедения ХНЦ ДВО РАН. E-mail: immaterial_khv@mail.ru.

Хосен Ри – докт. техн. наук, проф., зав. кафедрой ЛПиТМ ТОГУ. E-mail: opirus@bk.ru.

Меднева А.В. – аспирант кафедры ЛПиТМ ТОГУ. E-mail: anasta-91@mail.ru.

Химухин С.Н. – докт. техн. наук, ст. науч. сотрудник Института материаловедения ХНЦ ДВО РАН и кафедры ЛПиТМ ТОГУ. E-mail: ximyxin@mail.ru.

Gostishchev V.V., Astapov I.A., Medneva A.V., Hosen Ri, Khimukhin S.N. Fabrication of alloyed aluminum nickelides by metallothermy of metals oxides

УДК  54.19.669

DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2015-6-63-69

Fabrication conditions of NiAl, NiAl–Cr and NiAl–Cr–Mo–W alloys by joint aluminothermic reduction of initial metal oxides are investigated. Thermodynamic characteristics of accompanying reactions are determined. The temperature dependence of the isobaric potential change (DG0, kJ/mol) of reduction reactions of oxides point to high formation probability of alloys. It is revealed by differential thermal analysis that the reduction of metal oxides enters the active phase after aluminum is melted at ~650 °C and progresses according to the heterogeneous mechanism in a temperature range of 800–1100 °C. The optimal composition of the initial charge, which provides the maximal yield of metals into alloys, is established. It is found experimentally that the yield of metals into alloys constitutes 85–92 wt.%. Synthesis products are identified by the elemental and X-ray phase analyses as intermetallic compounds of the Ni–Al system, which contain inclusions of chromium, molybdenum, and tungsten. It is shown that the concentration of inclusions varies in a range of 1,5–6,5 wt.%. The microhardness of alloys is determined to vary from 3546 to 7436 MPa depending on the content of alloying elements.

Gostishchev V.V. – Cand. Sci. (Eng.), Art. Scientific, Institute of Materials HNTS DVO RAN and Pacific National University(PNU) (680035, Russia, Khabarovsk, Tihookeanskaya str., 136). E-mail: Gost.v.v@mail.ru.

Astapov I.A. – Cand. Sci., Scientific, Institute of Materials HNTS DVO RAN. E-mail: immaterial_khv@mail.ru.

Hosen Ri – Dr. Sci. (Eng.), Prof., Department «Foundry and metal technology» of PNU. E-mail: opirus@bk.ru.

Medneva A.V. – Graduate Student, Department «Foundry and metal technology» of PNU. E-mail: anasta-91@mail.ru.

Khimukhin S.N. – Dr. Sci. (Eng.), Art. Scientific, Institute of Materials HNTS DVO RAN and PNU. E-mail: ximyxin@mail.ru.

Ключевые слова:
никелиды алюминия, металлотермия, оксиды, легирующие элементы, хром, молибден, вольфрам, рентгенофазовый анализ, микроструктура, aluminum nickelides, metallothermy, oxides, alloying elements, chromium, molybdenum, X-ray phase analysis, microstructure

ИНФОРМАЦИОННЫЕ СООБЩЕНИЯ

Рецензия на книгу Е.А. Козловского «Минерально­сырьевые ресурсы в экономике мира и России»

INFORMATION

Book Review E.А. Kozlowskii «Mineral Resources in the World and Russian Economies»

Ключевые слова: