Electron-ion-plasma modification of the structure and properties of commercial steels

The work is devoted to the structural-phase analysis of steels of the austenitic and martensitic grade, irradiated with a high-intensity pulsed electron beam of the submillisecond duration of exposure in the mode of the surface layer melting. A thermodynamic analysis of phase transformations occurring during heat treatment in alloys of the composition Fe-Cr-C and Fe-Cr-Ni-C, which are the basis of steels 20X13 and 12X18H10T, is carried out. It is shown that formation of solid solutions on the basis of [alpha]-iron (BCC crystalline lattice) and [gamma]- iron (FCC crystalline lattice) as well as the entire range of carbide phases of a complex elemental composition (M[23]C[6], M[7]C[3] и M[3]C, where symbol M refers to atoms of metallic elements Fe, Cr, and Ni) is possible in equilibrium conditions in given materials. The irradiation of steels 12X18H10T and 20X13 with a high-intensity pulsed electron beam of the submillisecond duration of exposure is carried out. It is shown that the electron-beam processing of steel in the melting mode and the subsequent rapid crystallization is accompanied by a significant transformation of the surface layer structure, consisting in complete dissolution of original carbide phase particles; in formation of dendritic crystallization cells of submicron sizes; in occurrence of martensitic [gamma]->[alpha] and [gamma]->[epsilon] transformation; in re-allocation of nanosized particles of carbide and intermetallic phases

Использование железосодержащих материалов с органическими загрязнителями в качестве шихты при выплавке серых чугунов

New scientific data are presented considering chemical hardening of metal-containing wastes with organic contaminants (oily cast iron turnings, scale, and polishing sludge with oil content up to 10 mass%. If oils are oxidized and their components are simultaneously transformed into cleaner condition by baling (without high pressure), it is accompanied by formation of basic salts such as (MgOH)3PO4 or (MgOHAlO2 + (MgOH)2SiO3) at co-mixing of excessive amounts of clay (alkaline), lack of magnesite and the acidic medium. When iron contacts the acid, light acid film is decomposed, and a denser phosphate film is formed (phosphate), it promotes good adhesion and provides the required strength of bales. Introducing up to 30% of bales with metal-containing wastes with organic contaminants into charge of furnace according to the developed technology provides an increase up to 70% of the amount of pearlite in the metal base of iron while its dispersion is improving up to 1.4Pd -0.3Pd, and a significant amount of fine hardening phases is formed.Приведены новые научные данные о процессах химического твердения металлосодержащих отходов с органическим загрязнителем (замасленная чугунная стружка, окалина и шлифовочные шламы с содержанием масла до 10 мас. %) при одновременном окислении масел и переводе его составляющих в экологически более чистое состояние путем пакетирования (без применения высоких давлений), сопровождающегося образованием основных солей типа (MgOH)3PO4 либо (MgOHAlO2 + (MgOH)2SiO3) при совместном смешивании избыточных количеств глины (щелочная среда), недостатке магнезита и наличии кислой среды. При контакте железа с кислотой происходит не только разрушение рыхлой оксидной пленки, но и образование более плотной фосфатной пленки (фосфатирование), способствующей хорошей адгезии и обеспечению требуемой прочности пакетов. Ввод в завалку при выплавке чугуна по разработанной технологии до 30 мас.% пакетов из железосодержащего материала с органическим загрязнителем обеспечивает увеличение до 70% количества перлита в металлической основе чугуна при одновременном повышении его дисперсности до Пд 1,4 - Пд 0,3, а также образование значительного количества мелкодисперсных упрочняющих фаз

Создание литейных материалов из техногенных отходов

The developed results of production of foundry metal-containing materials from waste and semiprocessed products of related industries, the balling technology are presented. The technological characteristics of metals reduction, in particular, titanium from titanium-containing powdery materials are investigated. Titanium introduction into the melt with the direct alloying method provides saving of scarce and expensive ferroalloys. The modifying effect is achieved due to the chemical interaction of the additives with separate elements of the crystallizing substance. Unlike the familiar modification method of cast iron from ferrotitanium, when the modifying effect is due to deoxidizing action of titanium, in the course of direct alloying in the presence of such a strong reducing agent as atomic carbon, the carbide inclusions provide a decisive modifying effect.Приведены результаты разработок по созданию литейных материалов из металлосодержащих промышленных отходов и полупродуктов смежных производств, методов их пакетирования. Исследованы технологические особенности восстановления металлов, в частности титана, из титансодержащих порошкообразных материалов. Ввод титана в расплав по методу прямого легирования обеспечивает экономию дорогих и дефицитных ферросплавов. Модифицирующий эффект достигается за счет химического взаимодействия вводимых добавок с отдельными элементами кристаллизующегося вещества. В отличие от известных методов модифицирования чугуна из ферротитана, когда модифицирующий эффект объясняется раскисляющим действием титана, при прямом легировании и присутствии такого сильного восстановителя, как атомарный углерод, решающее модифицирующее действие оказывают карбидные включения

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВНЕШНИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ПРИ ДОВОДКЕ РАСПЛАВОВ В ПЛАВИЛЬНЫХ АГРЕГАТАХ

Some advanced methods for alloy composition regulation at negligible consumption of slag-forming additives are suggested. When implementing the proposed technology, the slag functions as a protector and electric conductor, and redox processes are determined by the magnitude and the applied potential function. Both cathodic and anodic polarization of aluminum alloys in alundum and graphite crucibles is studied with the curves polarization method. The behavior of components of aluminum alloys is studied under external cathodic and anodic effects of the melt with a constant electric field. During the cathode polarization there is a significant decrease of Mg loss in the aging process of the melt; on the contrary, anodic polarization increases the loss in comparison with the melting without external electrochemical action. The content of Fe and Ni under anodic polarity of the melt is not reduced if it is compared to the melting without electrochemical action due to passivation. The elements at the end of the electrochemical series are mostly protected. Thus, copper is wasted less under the cathodic and, especially, anodic polarization. Предложены перспективные методы регулирования состава сплава при незначительных расходах шлакообразующих добавок. При реализации предлагаемой технологии шлак выполняет в основном защитную и электропроводящую функции, а окислительно-восстановительные процессы регулируются величиной и знаком приложенного потенциала. С использованием метода поляризационных кривых изучена катодная и анодная поляризации алюминиевых сплавов в алундовых и графитовых тиглях. Исследовано поведение компонентов алюминиевых сплавов при внешнем катодном и анодном воздействии на расплав постоянным электрическим полем. При катодной поляризации наблюдается значительное снижение угара Mg в процессе выдержки расплава, в то время как при анодной – происходит, наоборот, увеличение угара в сравнении с плавкой без внешнего электрохимического воздействия. Содержание Fe и Ni при анодной полярности расплава не уменьшается по сравнению с плавкой без электрохимического воздействия, что объясняется пассивацией. Наибольший защитный эффект наблюдается для элементов, которые стоят в конце электрохимического ряда напряжений. Так, медь как при катодной, так и особенно при анодной полярности меньше всего угорает.

Aluminum surface layer strengthening using intense pulsedbeam radiation of substrate film system

The paper presents formation of the substrate film system (Zr-Ti-Cu/Al) by electric arc spraying of cathode having the appropriate composition. It is shown that the intense beam radiation of the substrate film system is accompanied by formation of the multi-phase state, the microhardness of which exceeds the one of pure A7 aluminum by = 4.5 times

Формирование коллоидных растворов наночастиц кремния в этиловом спирте ультракороткими лазерными импульсами

The study of surface morphology of a silicon target after laser exposure, the formation and study of nanoparticles, obtained by laser ablation by ultrashort infrared pulses, were conducted. The material was processed using a yttrium aluminum garnet laser (LS-2134D) with a wavelength of 1064 nm, generating in a two-pulse mode (pulses are separated by a time interval of 3 μs, pulse duration is 10 ns, pulse repetition rate is 10 Hz, single pulse energy ~ 0.05 J). Alcohol solutions of silicon nanoparticles were obtained by laser ablation. It is shown that an ensemble of particles of different sizes (from 20 nm to 2.5 μm) is formed, which have no faceting. Using the method of scanning electron microscopy, the features of the morphology of the surface of the crater of polycrystalline silicon, which is in ethyl alcohol during pulsed laser processing in the double pulse mode, have been established. It is shown that the structure of the crater consists of silicon grains separated from each other by grooves; the material evaporates along the grain boundaries, and wide thermal etching grooves are formed. These results can be used to create solar cells.Проведено исследование морфологии поверхности мишени кремния после лазерного воздействия, формирование и исследование наночастиц, полученных методом лазерной абляции ультракороткими импульсами инфракрасного диапазона. Для обработки материала использован лазер на алюмоиттриевом гранате (LS-2134D) с длиной волны 1064 нм, генерирующий в двухимпульсном режиме (импульсы разделены временным интервалом 3 мкс, длительность импульсов 10 нс, частота следования импульсов 10 Гц, энергия одиночного импульса ~ 0,05 Дж). Методом лазерной абляции получены спиртовые растворы наночастиц кремния. Показано, что формируется ансамбль частиц разного размера (от 20 нм до 2,5 мкм), которые не имеют огранки. Методом сканирующей электрон- ной микроскопии установлены особенности морфологии поверхности кратера поликристаллического кремния, находящегося в этиловом спирте, при импульсной лазерной обработке в режиме сдвоенных импульсов. Показано, что структура кратера состоит из зерен кремния, отделенных друг от друга канавками, испарение материала происходит по границам зерен, образуются широкие канавки термического травления. Полученные результаты могут быть ис- пользованы при создании солнечных элементов

MULTIPURPOSE (WEARPROOF AND ANTIFRICTIONAL) COVERINGS ON PRODUCTS FROM CAST IRON

The basic elements of the new complex technologies providing effective receiving of the materials with the new level of properties are considered. Prospects of creation of new systems for alloying of constructional materials for mechanical engineering with management of their primary crystal structure, hardening mechanisms and resistance to fragile destruction are noted. The resource-saving method of direct surface alloying and modifying (using oxides) is developed. Industrial wastes and semi-products of adjacent processes are used as modifying additives. The metals reduction is made by atomic hydrogen and carbon from the special coverings of a casting mold and cores containing high-polymeric connections

THE ALUMINIUM-COPPER-GRAPHITIC ALLOY, GOT AT MICROALLOYING BY FULLERENE C60 .

Positive influence of small additives of fullerene on structure formation of aluminium-copper graphite alloy is determined

Methods of casting of composite aluminium alloys with graphite particles

The article describes the basic methods of casting of antifriction aluminium-graphite alloys and their peculiarities

Hydrodynamics of liquid metal flow during alloy spraying

The article analyses melt hydrodinamics sprayed by centrifugal method. It may be useful for understanding computer controlled spray process