Взаимная диффузия в системах на основе тугоплавких металлов с ОЦК-решеткой: титан–тантал и титан – многокомпонентный (высокоэнтропийный) сплав

In this work, the interdiffusion features in multicomponent (high-entropy) alloys of refractory metals were studied. The following pairs were chosen as the diffusion study objects: titanium–equiatomic alloy (Hf–Nb–Ta–Ti–Zr–Mo) and titanium–tantalum for the sake of comparison. The article covers the issues of sample preparation, microstructure study, sample preparation methodology for diffusion research, and experimental results. Diffusion annealing was carried out for 12 h in a vacuum at a residual argon pressure of 6.65·10–3 Pa and a temperature of 1200 °С. Particular attention was paid to the method of combining diffusion pairs (titanium with tantalum, titanium with alloy) by thermal cycling near the polymorphic transformation temperature in titanium (882 °C) within ± 50 °C. The behaviour of the most characteristic elements (Ta, Zr, Ti) in the weld area after the titanium and alloy diffusion pair joining was demonstrated. This is the first time that data on the dependence of the intensity of the corresponding spectral line for titanium and elements of a multicomponent alloy on the penetration depth were obtained. A change in the signal intensity for system elements was observed at a depth of 150–200 μm, whereas a sharp drop in the signal intensity was seen to occur at depths of about 50 μm. The effective value of the coefficient of diffusion of elements into titanium averaged over all elements of the alloying system (except for titanium) at a temperature of 1200 °C was calculated. The obtained value was compared to reference data: the self-diffusion coefficient in β-titanium and diffusion coefficients in titanium pairs with alloy doping elements.Изучены особенности взаимной диффузии в многокомпонентных (высокоэнтропийных) сплавах на основе тугоплавких металлов. В качестве объектов диффузионного исследования были выбраны следующие пары: титан – эквиатомный сплав (Hf–Nb–Ta–Ti–Zr–Mo) и, для сравнения, титан–тантал. Рассмотрены вопросы приготовления образцов, исследования микроструктуры, методика подготовки образцов для изучения диффузии и экспериментальные результаты. Диффузионный отжиг был проведен в течение 12 ч в вакууме с остаточным давлением аргона 6,65·10–3 Па при температуре 1200 °С. Особое внимание уделено методике соединения диффузионных пар (титана с танталом, титана со сплавом) путем термоциклирования вблизи температуры полиморфного превращения в титане (882 °С) в пределах ±50 °С. Показано поведение наиболее характерных элементов (Ta, Zr, Ti) в области сварного шва после соединения диффузионной пары титана и сплава. Впервые получены данные о зависимости интенсивности соответствующей линии спектра для титана и элементов многокомпонентного сплава от глубины проникновения. Изменение интенсивности сигнала для элементов систем наблюдается на глубине 150–200 мкм, а резкое падение интенсивности сигнала происходит на глубинах порядка 50 мкм. Рассчитано усредненное по всем элементам системы легирования сплава (за исключением титана) эффективное значение коэффициента диффузии элементов в титан при температуре 1200 °С. Проведено сравнение полученного значения со справочными данными: коэффициентом самодиффузии в β-титане, коэффициентами диффузии в парах титана с легирующими элементами сплава

Применение метода корреляции цифровых изображений для построения диаграмм деформирования в истинных координатах

This article describes the features of determining strain curves in true stress–true strain coordinates, using samples of circular cross section from Al–Cu–Mg–Zn aluminum alloy. The calculation and experimental methods of determining true stresses and strains were compared Calculation methods based on the condition of volume constancy may not reflect actual regularities of deformation at the stage of strain localization in the considered material. Nevertheless, the use of systems of digital image correlation (DIC) allows measurements of both the geometrical sizes of deformed sample and strain fields on its surface to be performed, including on the sample neck. It was demonstrated that the measurement error of the sample diameter by the coordinate field was 0.02 mm at the instance of destruction. In order to improve the measurement precision, an increase in the recording frequency in proportion to increase in strain rate was proposed, as well as measuring the surface coordinates from both sides of the sample. It is also possible to supplement the strain curves obtained by DIC optical systems with the measurements of true fracture stress, and the true fracture strain determined by calculations on the destructed sample. The presented methods of analysis of plastic flow by direct measurement of field displacements and strains allow actual regularities between true stresses and strains at the interval of irregular plastic strain to be established. This cannot be achieved by analytical conversion of conventional curve. The obtained hardening coefficients and strain curves can be used for simulation and design of machinery structures and parts.Приведены особенности определения диаграмм деформирования в координатах «истинное напряжение – истинная деформация» на образцах круглого сечения из алюминиевого сплава системы Al–Cu–Mg–Zn. Выполнено сравнение расчетных и экспериментальных методов определения истинных напряжений и деформаций. Расчетные методы, основанные на применении условия постоянства объема, могут не отражать действительных закономерностей деформирования на этапе локализации деформации в материале исследуемого образца, в то время как использование систем корреляции цифровых изображений (КЦИ) позволяет проводить измерения как геометрических размеров деформируемого образца, так и полей деформаций на его поверхности, в том числе непосредственно в шейке образца. Показано, что ошибка измерения диаметра образца по полю координат в момент разрушения составила 0,02 мм. С целью повышения точности измерения предложено увеличение частоты съемки пропорционально возрастанию скорости деформирования, а также проведение измерения координат поверхности с двух сторон образца. Также возможно дополнять полученные с помощью оптических систем КЦИ кривые деформирования результатами измерения истинного разрушающего напряжения и истинной разрушающей деформацией, определенными расчетным способом по разрушенному образцу. Представленные способы исследования пластического течения материала непосредственным измерением полей перемещений и деформаций позволяют устанавливать действительные закономерности между истинными напряжениями и деформациями на участке неравномерного пластического деформирования, чего достичь аналитическим пересчетом условной диаграммы невозможно. Полученные коэффициенты упрочения и кривые деформирования могут быть использованы при моделировании и проектировании конструкций и деталей машин

Совершенствование режима селективного лазерного плавления для изготовления пористых структур из сплава Ti–6Al–4V медицинского назначения

This article describes approaches to the optimization of regimes of selective laser melting (SLM) used in the fabrication of porous materials from medical grade Ti–6Al–4V alloy with thin structural elements and a low level of defect porosity. Improved fusion of thin elements based on SLM regimes is achieved due to a significant decrease in the distance between laser passes (from 0.11 to 0.04–0.05 mm). Moreover, the balance between the laser energy density and building rate is compensated by changing the laser speed and laser power. The results of the study of defect porosity and hardness of samples fabricated according to experimental SLM regimes allowed three promising sets of parameters to be defined. One was selected for studying mechanical properties in comparison with the reference SLM regime. In the aims of this study, the samples were developed and fabricated using the structures of rhombic dodecahedron and Voronoi types with a porosity of 70–75 %. The decrease in defect porosity was established at ≈1.8 % to 0.6 %, depending on the SLM regime. This promotes a significant increase in strength properties of the material, including an increase in the yield  strength  of  rhombic dodecahedron from 76 to 132 MPa and the Voronoi structure from 66 to 86 MPa. The low Young module (1–2 GPa) remains, corresponding to the rigidity level of spongy bone tissue.Разработаны подходы к оптимизации режима селективного лазерного плавления (СЛП) для получения пористых материалов из сплава Ti–6Al–4V медицинского назначения с тонкими конструкционными элементами и низким уровнем дефектной пористости. Улучшенное проплавление тонких элементов с применением разработанных экспериментальных режимов СЛП достигается за счет значительного снижения расстояния между проходами лазера (с 0,11 до 0,04–0,05 мм), а баланс между плотностью энергии лазера и скоростью построения скомпенсирован путем изменения скорости пробега и мощности лазера. Результаты изучения дефектной пористости и твердости образцов, изготовленных по экспериментальным режимам СЛП, позволили установить 3 наиболее перспективных набора параметров, один из которых выбран для исследования механических свойств в сравнении со стандартным режимом СЛП. Для этого исследования разработаны и изготовлены образцы на основе структур типа ромбического додекаэдра и полиэдра Вороного пористостью 70–75 %. Установлено, что снижение уровня дефектной пористости с ≈1,8 % до 0,6 %, обеспеченное применением разработанного режима СЛП, способствует значительному повышению прочностных характеристик материала. Увеличение условного предела текучести ромбического додекаэдра с 76 до 132 МПа и Вороного с 66 до 86 МПа. При этом сохраняется низкий модуль Юнга (1–2 ГПа), соответствующий уровню жесткости губчатой костной ткани

Особенности формирования структуры сплавов системы Al–Ni–Zr, полученных при восстановлении оксидных соединений алюмотермией с применением СВС-металлургии

This work is focused on establishing the regularity of the effect of zirconium (2.21; 3.29; 3.69 and 6.92 wt.% Zr) on structure formation, the nature of distribution of elements and the microhardness of structural components in the Al–Ni–Zr system alloys obtained by aluminothermy using the SHS metallurgy. Regularities of the formation of structural components and their microhardness depending on the content of zirconium in Al–Ni alloys (50 wt.%) have been identified and scientifically substantiated. Structural components were identified by the methods of electromicroscopic studies and X-ray microanalysis of elements. The structure of the initial alloy consists of Al3Ni2 (β′-phase) and Al3Ni nickel aluminides. Zirconium doping of the alloy in the amount of 2.21 wt.% leads to crystallization of zirconium nickel aluminide Al2(Ni,Zr). With further increase in the content of zirconium (more than 2.21 wt.% Zr), complex alloyed intermetallic compounds crystallize – Zr, W, Si aluminides and Ni zirconides. A regularity was established in the decrease of the solubility of nickel in nickel aluminides Al3Ni2 and Al3Ni and their microhardness as the zirconium content increases in the Al–Ni–Zr alloys from 2.21 to 6.92 wt.%. In nickel aluminide with zirconium Al2(Ni,Zr), this contributes to a decrease in the solubility of Ni, Al and increase in the concentration of Si and Zr. Zirconium doping of the Al–Ni alloy in the amount over 2.21 wt.% contributes to an increase in hardness (HRA), despite a decrease in the microhardness of the metal base (Al3Ni2, Al3Ni and Al2(Ni,Zr)). The main reason for increasing the hardness of the Al–Ni–Zr alloys is the crystallization of complex-alloyed intermetallides – Zr, W, Si aluminides and nickel zirconide, which probably have an increased microhardness. Thus, zirconium doping of the Al–Ni alloy makes it possible to obtain a plastic metal base from nickel aluminides Al3Ni2, Al3Ni and Al2(Ni,Zr) and complex-alloyed intermetallides with high hardness.Настоящая работа посвящена установлению закономерности влияния добавки циркония в количестве 2,21, 3,29, 3,69 и 6,92 мас.% на структурообразование, характер распределения элементов и микротвердость структурных составляющих в сплавах системы Al–Ni–Zr, полученных алюмотермией с применением СВС-металлургии. Установлены и научно обоснованы закономерности формирования структурных составляющих и их микротвердости от содержания циркония в сплавах Al–Ni (50 мас.% Ni). Методами электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа элементов идентифицированы структурные составляющие. Структура исходного сплава состоит из алюминидов никеля Al3Ni2 (β′-фаза) и Al3Ni. Легирование сплава цирконием в количестве 2,21 мас.% приводит к кристаллизации циркониевого алюминида никеля Al2(Ni,Zr). При дальнейшем увеличении содержания циркония (более 2,21 мас.%) кристаллизуются комплексно-легированные интерметаллидные соединения – алюминиды Zr, W, Si и циркониды Ni. Установлена закономерность снижения растворимости Ni в алюминидах никеля Al3Ni2 и Al3Ni и их микротвердости по мере увеличения содержания циркония от 2,21 до 6,92 мас.% в сплавах Al–Ni–Zr. В алюминиде никеля с цирконием Al2(Ni,Zr) это способствует уменьшению растворимости Ni, Al и повышению концентраций Si и Zr. Легирование сплава Al–Ni цирконием в количестве более 2,21 мас.% способствует повышению твердости (HRA), несмотря на снижение микротвердости металлической основы (Al3Ni2, Al3Ni и Al2(Ni,Zr)). Основной причиной повышения твердости сплавов Al–Ni–Zr является кристаллизация комплексно-легированных интерметаллидов – алюминидов Zr, W, Si и цирконида никеля, обладающих, вероятно, повышенной микротвердостью. Таким образом, легирование сплава Al–Ni цирконием позволяет получить пластичную металлическую основу из алюминидов никеля Al3Ni2, Al3Ni и Al2(Ni,Zr) и высокотвердые комплексно-легированные интерметаллиды

Влияние структурно-фазового состояния на физико-механические свойства горячепрессованных труб из титанового сплава Ti–3Al–2,5V

This study investigates the impact the hot extrusion process variables on the physical and mechanical properties of Ti–3Al–V alloy The research examines four tube segments extracted from various hot-extruded tubes of Ti–3Al–2.5V alloy, with an outer diameter (OD) of 90 mm and a wall thickness of 20 mm. The manufacturing process involves expanding sleeves with a horizontal hydraulic press to achieve an OD of 195 mm, followed by heating to 850–865 °C prior to extrusion. The tube segments are labeled as 1, 2, 3, and 4, corresponding to their order of production. Our findings demonstrate that an increase in the number of extrusions in the α + β area from tube 1 to tube 4 leads to a reduction in the primary α-phase volume fraction and an increase in the β-transformed structure volume fraction. These changes are attributed to the higher final extrusion temperature resulting from more intense deformation heating during hot tooling (die and mandrel) processes. Additionally, elevating the final extrusion temperature from tube 1 to tube 4 leads to a notable decrease in the residual β-solid solution volume fraction and a reduction in the “sharpness” of the α-phase tangent-oriented texture. The alterations in the structural and phase state of the alloy from tube 1 to tube 4 are found to influence the contact modulus of elasticity and microhardness. These identified relationships can be utilized to optimize the process variables for the extrusion of multiple Ti–3Al–2.5V alloy tubes.Исследовано влияние изменения  параметров  горячего  прессования  на  физико-механические  свойства  труб  из сплава Ti–3Al–2,5V. Материалом для исследования служили  четыре  патрубка,  отобранные  от  разных  горячепрессованных труб из сплава Ti–3Al–2,5V с внешним диаметром 90 мм и толщиной стенки 20 мм, полученных из экспандированных гильз с внешним диаметром 195 мм на горизонтальном гидравлическом прессе. Экспандированные гильзы перед прессованием  нагревались до температуры 850–865 °С. Образцам исследуемых горячепрессованных труб присвоены номера 1, 2, 3 и 4 согласно последовательности  их  получения  в  промышленных  условиях.  Показано,  что  увеличение  количества  проведенных  прессовок в α + β-области от трубы 1 к трубе 4 приводит к закономерному уменьшению объемной доли первичной α-фазы в их структуре, а также к росту объемной доли β-превращенной структуры вследствие повышения температуры окончания прессования, вызванного более активным деформационным разогревом из-за увеличения температуры инструмента (матрицы и иглы). Обнаружено, что фиксируемое структурно повышение температуры окончания прессования от 1-й трубы к 4-й влечет за собой характерное уменьшение объемной  доли  остаточного  β-твердого  раствора  и  снижение  «остроты»  наблюдаемой  тангенциальной текстуры α-фазы. Установлено, что выявленные изменения структурно-фазового состояния сплава от 1-й трубы к 4-й оказывают закономерное влияние на получаемый в них уровень свойств – контактного модуля упругости и микротвердости. Полученные  закономерности  необходимо  учитывать  при  разработке  технологического  режима   многоразового   прессования труб из сплава Ti–3Al–2,5V

Эффективность многопоточных вычислений в системах компьютерного моделирования литейных процессов

The utilization of computer simulation software for casting process simulation is becoming essential in the advancement of casting technology in aviation and other high-tech engineering fields. With the increase in the number of computational cores in modern CPUs, the use of multi-threaded computations is becoming increasingly relevant. In this study, the efficiency of multi-threaded computations in modeling casting processes was evaluated using finite element method casting simulation software ProCast and PoligonSoft, which utilize parallel computing architectures with distributed (DMP) and shared (SMP) memory, respectively. Computations were performed on Intel and AMD-based computers, varying the number of computational threads from 4 to 32. The calculation efficiency was evaluated by measuring the calculation speed increase in the filling and solidification of GP25 castings made of ML10 alloy, as well as the complex task of filling and solidification modeling nickel superalloy casing castings with radiation heat transfer simulation. The results indicate that the minimum computation time in ProCast software is observed when using 16 computational threads. This pattern holds true for both computing systems (Intel and AMD processors), and increasing the number of threads beyond this point does not make a practical difference. The performance decrease in this scenario can be attributed to the low-performance energy-efficient cores in systems based on Intel processors or the decrease in core frequency and full loading of physical cores in systems based on AMD processors. Multi-threading the modeling task in PoligonSoft software is less efficient than in ProCast, which is a result of the shared-memory architecture used in PoligonSoft. Despite the significant difference in parallel efficiency, the task of GP25 casting solidification in both PoligonSoft and ProCast is solved in a time close enough to be considered sufficient.Применение систем компьютерного моделирования литейных процессов (СКМ ЛП) становится обязательным при разработке литейной технологии в авиации и других наукоемких областях техники. В связи с увеличением числа расчетных ядер в современных процессорах актуальным становится осуществление многопоточных вычислений. В работе оценивалась эффективность многопоточных вычислений при моделировании литейных процессов с помощью конечно-элементных СКМ ЛП «ProCast» и «ПолигонСофт», использующих архитектуры параллельных расчетов с распределенной (DMP) и общей (SMP) памятью соответственно. Для вычислений применяли компьютеры на базе платформ от компаний «Intel» и «AMD». Число расчетных потоков варьировали от 4 до 32. Эффективность оценивали по приросту скорости расчета заполнения и затвердевания отливки «ГП25» из сплава МЛ10, а также решения сложной задачи моделирования заполнения и затвердевания корпусных отливок из никелевого жаропрочного сплава с учетом радиационного теплообмена. Показано, что минимальное время расчета в СКМ ЛП «ProCast» наблюдается при использовании 16 вычислительных потоков. Причем это характерно для обеих вычислительных систем (на процессорах «Intel» и «AMD»), и увеличение числа потоков выше этого предела не имеет практического смысла. Снижение производительности в данном случае может быть связано с наличием малопроизводительных энергоэффективных ядер в случае применения системы на процессоре «Intel», а также полной загрузки физических ядер и уменьшением частоты ядер для системы на процессоре от «AMD». Распараллеливание задачи моделирования в СКМ ЛП «ПолигонСофт» менее эффективно, чем в СКМ ЛП «ProCast», вследствие реализации архитектуры с общей памятью. В то же время, несмотря на значительную разницу в эффективности распараллеливания, задача затвердевания отливки «ГП25» в СКМ ЛП «ПолигонСофт» и «ProCast» решается за достаточно близкое время

Сформированные наночастицами сплавы V–Cd: получение, фазовый состав и структура

The results of the study of targeted sputtering and deposition of ultrafine vanadium and cadmium particles on substrates that are not heated and shifted with respect to the substrate plasma currents are revealed. As a result of the conducted studies, coatings were obtained in the range with a concentration of cadmium from 9.6 to 88.6 at.%. The critical size of vanadium particles capable of forming alloys with cadmium is 0.6 nm. The concentration limit for the presence of solid solutions of cadmium in vanadium is the cadmium content of ~37 at.%, at a higher cadmium content the film coating is represented by a mixture of cadmium phases and a solid solution of cadmium in vanadium. The dependence of the lattice parameter of α-vanadium on the content of cadmium in it corresponds to the expression: а [nm] = 8·10–4СCd + 0.3707, where СCd is the concentration of cadmium, at.%. On the surface of the sample in the region of solid solutions (31.6 at.% Cd), the presence of threadlike crystals of cadmium was found, the reason for the appearance of which is the lattice pressure of the matrix metal. Annealing of films rich in cadmium (69.5 at.%) in vacuum is accompanied by cracking of the coating and the formation of pores. The latter can be used as a method for obtaining porous vanadium.Приведены результаты исследований распыления и осаждения ультрадисперсных частиц ванадия и кадмия на необогреваемые и перемещаемые относительно потоков плазмы подложки. Были получены покрытия в интервале концентраций кадмия от 9,6 до 88,6 ат.%. Критическим размером частиц ванадия, способных к образованию сплавов с кадмием, определена величина 0,6 нм. Концентрационной границей существования твердых растворов кадмия в ванадии является содержание кадмия ~37 ат.%, при большей его доли пленочное покрытие представлено смесью фаз кадмия и твердого раствора кадмия в ванадии. Зависимость параметра решетки α-ванадия от содержания кадмия в нем соответствует следующему выражению: а [нм] = 8·10–4СCd + + 0,3707, где СCd – концентрация кадмия, ат.%. На поверхности образца в области твердых растворов (31,6 ат.% Cd) обнаружено наличие нитевидных кристаллов кадмия, причиной появления которых является решеточное давление матричного металла. Отжиг богатых по содержанию кадмия пленок (69,5 ат.%) в вакууме сопровождается растрескиванием покрытия и образованием пор. Последнее может быть использовано как метод получения пористого ванадия

Кинетические закономерности гидрометаллургической переработки отслуживших дисплеев: поведение индия

This article discusses the physicochemical regularities of indium leaching from the surface of glass plates of used displays in various acids. The glass of used displays was pre-cleaned from polarizers and crushed. Their base is comprised of silicon and aluminum oxides. Indium is presented in the form of In2O3·SnO2. Indium content in the material obtained is 174.8 mg/kg. Individual solutions of sulfuric, hydrochloric and methanesulfonic acids were used as leaching agents. The influence of concentrations of the mentioned acids (0.1–1.0 N), leaching duration (10–60 min), temperature (298–353 K) and liquid-to-solid ratio (L : S = (7.5÷15.0): 1 cm3/g) on the degree of indium extraction into solution has been determined. Partial orders of reaction in terms of CH3SO3H, H2SO4, HCl are 0.69, 0.67 and 1.10, respectively. In the course of experiments an intensive increase in indium concentration was observed in the first 20–40 min f leaching in H2SO4 and HCl solutions. The process rate then decreased and indium extraction actually did not increase, due to a fall in the amount of non-reacted indium. During leaching in 0.1–0.4 N in CH3SO3H solutions, the rate of indium dissolution did not change throughout the experiment, since the amount of non-reacted indium gas decreased insignificantly. The acids considered here can be ranked in the following ascending order of their efficiency for indium dissolution: CH3SO3H, H2SO4, HCl, which corresponds to the growth of strengths of these acids. An increase in the temperature led to a significant increase in indium extraction. The apparent activation energies of In2O3 dissolution in CH3SO3H, H2SO4, HCl solutions have were calculated as equal to 51.4, 51.2, 43.4 kJ/mole, respectively. It was established that with the use of HCl as leaching agent, the increase in the fraction of liquid phase in the slurry from 7.5 : 1 to 15 : 1 cm3/g lead to fall in indium extraction by 2.4 times and the initial leaching rate by 3.2 times. It was demonstrated that an increase in L : S during indium dissolution in CH3SO3H (from 7.5 : 1 to 15 : 1 cm3/g) and H2SO4 (from 10 : 1 to 15 : 1 cm3/g) is accompanied by insignificant changes in extraction and initial leaching rate. Therefore, the studies performed demonstrated that indium leaching from glasses of spent displays flows in mixed mode upon the use of HCl and in kinetic mode in H2SO4 and CH3SO3H solutions.Изучены физико-химические закономерности выщелачивания индия с поверхности стеклянных пластин отработанных дисплеев в различных кислотах. Стекла отслуживших дисплеев были предварительно очищены от поляризаторов и измельчены. Их основу составляли оксиды кремния и алюминия. Индий представлен в виде соединения In2O3·SnO2. Содержание индия в полученном материале составляло 174,8 мг/кг. В качестве выщелачивающих агентов использовали индивидуальные растворы серной, соляной и метансульфоновой кислот. Установлено влияние концентраций указанных кислот (0,1–1,0 н), продолжительности выщелачивания (10–60 мин), температуры (298–353 К) и соотношения жидкого к твердому (Ж : Т = = (7,5÷15,0) : 1 см3/г) на степень извлечения индия в раствор. Частные порядки реакций по CH3SO3H, H2SO4, HCl составили 0,69, 0,67 и 1,10 соответственно. В ходе экспериментов наблюдалось интенсивное повышение концентрации индия в первые 20– 40 мин выщелачивания в растворах H2SO4 и HCl, после чего скорость процесса снижалась и извлечение индия практически не росло вследствие уменьшения количества непрореагировавшего индия. При выщелачивании в 0,1–0,4 н растворах CH3SO3H скорость растворения индия не менялась на всем протяжении эксперимента ввиду того, что количество непрореагировавшего индия снижалось незначительно. Исследуемые кислоты можно расположить в следующий ряд в порядке возрастания их эффективности в растворении индия: CH3SO3H, H2SO4, HCl, что соответствует росту сил данных кислот. Увеличение температуры значительно повышало извлечение индия. Рассчитаны значения кажущейся энергии активации растворения In2O3 в растворах CH3SO3H, H2SO4, HCl, составившие 51,4, 51,2, 43,4 кДж/моль соответственно. Обнаружено, что при использовании в качестве выщелачивающего агента HCl увеличение доли жидкой фазы в пульпе от 7,5 : 1 до 15 : 1 см3/г снижало извлечение индия в 2,4 раза, а начальную скорость выщелачивания – в 3,2 раза. Показано, что повышение Ж : Т при растворении индия в CH3SO3H (с 7,5 : 1 до 15 : 1 см3/г) и H2SO4 (с 10 : 1 до 15 : 1 см3/г) сопровождается незначительным изменением извлечения и начальной скорости выщелачивания. Таким образом, проведенные исследования показали, что выщелачивание индия из стекол отслуживших дисплеев протекает в смешанном режиме при использовании HCl и в кинетическом режиме в растворах H2SO4 и CH3SO3H

Совершенствование процесса формообразования в условиях плоского напряженного состояния растяжения

Thin-walled axisymmetric truncated parts made of sheet billets are actively used in rocket and aerospace engineering. Improvement to their shape formation, based on directed material thickness change will ensure the production of parts with minimum thickness variation. This will also enable aviation and space industry enterprises to attain leading positions, as well as reduce labor costs. This work studies the possibility of obtaining thin-walled axisymmetric parts of truncated tapered shape using one of the methods of sheet metal stamping under flat tensile stress conditions (flanging). The mechanism was identified and the analysis of the stress-strain state of the billet during deformation was carried out. This takes into account the minimizing of the difference between the specified and technologically possible thicknesses. A mathematical model was developed to consider the shaping method based on the process of flanging. Theoretical studies were based on the principles of the plastic deformation theory of sheet materials. This was achieved by the following factors: approximate differential equations of force equilibrium; equations of constraint; plasticity conditions; and fundamental constitutive relations under given initial and boundary conditions. The process of flanging was simulated using the LS-DYNA software package with the following initial data of a conical billet made of 12Kh18N10T steel: cone angle 16.4°, thickness Sbillet = 0.3 mm. The aim was to eliminate errors in designing a tool for future implementation of the method on a manufactured die tooling, as well as to confirm the theoretical conclusions on the selection of technological parameters and achieve minimal thickness variation. The steps of computer modeling are presented, indicating the main process parameters such as material model, mechanical characteristics of the workpiece material, type of elements, kinematic loads, conditions of contact interaction of elements with each other, etc.В ракетно-космической и авиационной технике активно применяются тонкостенные осесимметричные  детали усеченной  сужающейся  формы,  изготовленные  из  листовых  заготовок.  Совершенствование  процессов  их  формообразования, в основе которых направленное изменение толщины материала с целью получения деталей с минимальной разнотолщинностью, позволит обеспечить ведущие позиции предприятий авиационной и космической отраслей промышленности, а также гарантирует снижение трудозатрат. Данная работа посвящена исследованию возможности получения тонкостенных осесимметричных деталей усеченной сужающейся формы одним из способов листовой штамповки в условиях плоского напряженного состояния растяжения (отбортовкой). Выявлен механизм и проведен анализ напряженно-деформированного состояния заготовки в процессе формоизменения с учетом  выражения  минимизации  между  заданной  и  технологически  возможной  толщинами. Разработана математическая модель рассматриваемого способа формообразования, основанного на процессе отбортовки. Теоретические исследования основывались на положениях теории пластического деформирования листовых материалов путем совместного  решения  приближенных  дифференциальных  уравнений  равновесия  сил,  уравнений  связи,  условия  пластичности и основных определяющих соотношений при заданных начальных и граничных условиях. С целью исключения ошибок при проектировании инструмента для перспективной реализации способа на изготовленной штамповой оснастке, а также для подтверждения теоретических выводов по выбору технологических параметров и достижения минимальной разнотолщинности проведено моделирование процесса отбортовки в программном комплексе LS-DYNA с  исходными  данными  конической  заготовки из стали 12Х18Н10Т: угол конусности 16,4°, толщина Sзаг = 0,3 мм. Представлены этапы компьютерного моделирования с указанием  основных  параметров  процесса,  таких  как  модель  материала,  механические  характеристики  материала  заготовки, тип элементов, кинематические нагрузки, условия контактного взаимодействия элементов между собой и т.д

Исследование физических явлений в барботажной зоне плавильного агрегата «Победа» методом холодного моделирования Сообщение 3. Гидрогазодинамика комбинированной продувки жидкости газом с помощью донной и боковой фурм

Hydro-gas regularities of liquid combined blowing by gas were studied using cold modeling method at Archimedes criterion for lateral Arl = 12÷120 and bottom blowing Arb = 5÷60 simulating Pobeda bubbling unit. The blowing was performed simultaneously by bottom lance vertically fixed in centre of reactor and by the lateral lance which was attached at an angle 5° to the horizontal axis. The quantitative estimation of instantaneous and average circulation velocities (Vav) of liquid flow elements in different bath areas, depending on the location of blowing zone and Archimedes criterion, was performed. The liquid motion trajectory was determined. A vortex zone was revealed near the liquid surface and the reactor shell, where instantaneous velocity of the liquid flow elements changes from 69.9 to 181.1 mm/s and Vav = 123.8 mm/s. The circulation flows fade in the bulk of liquid and Vav decreases from 123.8 to 47.0 and 54.1 mm/s. It was shown that, in general, circulation velocity depends on the blowing intensity and appears to be higher for the zone of overlapping of lateral and bottom streams. The dynamic blowing conditions, which ensure the direct contact of lateral and bottom jets leading to their interflow and increased spatter formation, were identified. The characteristics of 3 types of surface oscillations for interface phases “pure liquid- gas-liquid layer”, as well as the estimation of the lateral and bottom blowing impact on the type of oscillation were provided. It has been noted that the introduction of the bottom blowing (Arb = 5) causes the wave-like motion of liquid (the 2nd type) along with the transverse oscillations of the 1st type, and at higher values of Arb = 25 the angular oscillations of the 3rd type develop. It has been shown that the presence of a lateral jet at the combined blowing decreases angles of bath swinging to 8–12° to horizontal axis. For the estimation of oscillation intensity, Δhl = (hl )max – (hl )min value, which means the difference between maximum (hl )max and minimum (hl )min height of liquid for the full-wave oscillations (τ), was introduced. The height of liquid (hl ) was plotted as a function of τ, Arl , Arb, Δhl was determined on the basis of obtained graph values, which varied upon modeling over the range of 7.7–69.5 mm. The relation between the liquid circulation velocity and the oscillation value (Δhl ) was established for different bath zones and dynamic conditions of the blowing. The impact of all oscillations types on potential erosive lining wear of Pobeda bubbling unit and the completeness of adoption of charging material nearby the bath surface was investigated.Методом холодного моделирования в интервалах величин критерия Архимеда для бокового (Arб = 12÷120) и донного (Arд = 5÷60) дутья применительно к условиям работы барботажного плавильного агрегата «Победа» (ПАП) исследованы гидрогазодинамические закономерности комбинированной продувки жидкости газом. Продувку осуществляли одновременно донной фурмой, установленной вертикально по центру реактора, и боковой, расположенной под углом 5° к горизонтальной оси. Проведена количественная оценка мгновенной и средней (Vср) скоростей циркуляции элементов потока жидкости на разных участках ванны в зависимости от местонахождения зоны продувки и критериев Архимеда. Определена траектория движения жидкости. Вблизи поверхности жидкости и корпуса реактора обнаружена вихревая зона, где мгновенная скорость движения элемента потока жидкости изменяется от 69,9 до 183,1 мм/с и Vср = 123,8 мм/с. В объеме жидкости циркуляционные потоки затухают, и Vср уменьшается от 123,8 до 47,0 и 54,1 мм/с. Показано, что в общем случае скорость циркуляции зависит от интенсивности продувки на фурмах и становится выше для области наложения боковой и донной струй. Определены динамические условия продувки, обеспечивающие непосредственный контакт бокового и донного факелов, приводящий к слиянию потоков и повышенному брызгообразованию. Приведена характеристика 3 видов колебаний поверхности раздела фаз «чистая жидкость – газожидкостный слой» и дана оценка влияния бокового и донного дутья на разновидность возникающих колебаний. Отмечено, что ввод донного дутья (Arд = 5) приводит, наряду с поперечными колебаниями 1-го типа, к появлению волнообразного движения жидкости (2-й тип), а при более высоких значениях Arд = 25 – к угловым колебаниям (3-й тип). Показано, что при комбинированной продувке наличие бокового факела уменьшает углы раскачивания ванны к горизонту до 8–12°. Для оценки интенсивности колебаний введена величина Δhж = (hж)max – (hж)min, т.е. разность между максимальной (hж)max и минимальной (hж)min высотой жидкости за полный цикл колебаний (τ). Построены зависимости высоты жидкости (hж) от τ, Arб и Arд, на основании которых определены величины Δhж, варьируемые при моделировании в интервале 7,7–69,5 мм. Для различных областей ванны и динамических условий продувки установлена взаимосвязь между скоростью циркуляции жидкости и величиной колебаний (Δhж). Рассмотрено влияние всех видов колебаний на возможный эрозивный износ футеровки ПАП и полноту усвоения шихтовых материалов вблизи поверхности ванны