Представлен ряд разработок ИЭС им. Е. О. Патона для энергетики, в частности, технологии сварки крупногабаритных роторов турбин, электронно-лучевой сварки заготовок большой толщины из высокопрочных сталей, технологии сварки под флюсом и контактной сварки пульсирующим оплавлением труб для магистральных газопроводов большого диаметра, технология и оборудование для создания энергосберегающих теплообменных устройств. Отмечены разработки, направленные на повышение коррозионной стойкости твэлов и безопасной эксплуатации АЭС благодаря применению жаропрочной износостойкой механизированной наплавки коррозионностойкими сплавами трубопроводной арматуры. Представлены практические рекомендации по ремонту магистральных трубопроводов без вывода их из эксплуатации. Выполнены исследования, показавшие возможность применения акустической эмиссии для мониторинга сварных конструкций, работающих при высоких температурах. Разработан способ для предотвращения катастрофического вытекания нефти из разрушенных труб скважин нефтедобывающих платформ.

Рассмотрены некоторые особенности создания импульсных магнитных полей для воздействия на кристаллизацию металла в процессе магнитоуправляемой электрошлаковой плавки. Предложены способы интенсификации электромагнитного воздействия на металлургическую ванну, основанные на использовании энергии электрических разрядов емкостных накопителей на внешний магнитный контур. Разработана экспериментальная аппаратура, включающая источник питания для генерирования электрических разрядов энергией до 1850 Дж, и магнитный контур в виде соленоида с дисковыми обмотками, охватывающими кристаллизатор. Изучены характеристики электрических разрядов при различном количестве витков магнитного контура. Показана целесообразность комплексного подхода к интенсификации электромагнитного воздействия посредством оптимизации параметров как источника разрядов, так и соответствующих магнитных контуров. Проведены экспериментальные исследования влияния импульсных магнитных полей на режимы плавки и кристаллизацию металла в процессе выплавки слитков титановых сплавов. Показана возможность при достаточной энергии разрядов и оптимальном количестве витков магнитного контура управлять порционными тепловложениями в процессе плавки, а также кристаллизацией металла слитков. При этом для улучшения качества поверхности слитков предложено воздействие осуществлять сериями импульсов, чередующихся с паузами.

Індекс рубрикатора НБУВ: К663.030.022-18

Рубрики:

Металізація металів у вакуумі

Шифр НБУВ: Ж14257 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Построена математическая модель, устанавливающая зависимость концентрации алюминия и других легирующих элементов в слитке многокомпонентного титанового сплава, получаемого способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью, от технологических параметров плавки, химического состава исходной шихты и физико-химических констант титанового сплава. Проверена адекватность построенной математической модели и проанализировано влияние технологических параметров плавки и химического состава исходной шихты на химический состав выплавляемых слитков на примере процесса получения слитка сплава алюминида титана Ti - 29Al - 12Nb - 3Cr - 3Zr способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью. Показано, что построенная математическая модель с достаточной степенью точности описывает реальный процесс испарения при электронно-лучевой плавке алюминида титана. Относительная погрешность расчетных результатов в сравнении с экспериментальными данными составляет от 3,2 для алюминия до 7,3 % для циркония. Созданная титановых сплавов и может быть использована в производстве для получения слитков способом электронно-лучевой плавки с гарантированным химическим составом.

Сформулирована аппаратурно-технологическая классификация плазменных процессов в металлургии и при обработке материалов, позволившая оценить перспективы их практического применения и пути оптимизации конструктивно-технологического оформления. Оборудование для шахтных печей с плазменным нагревом и процессы воздействия плазмы на металлургические расплавы имеют близкие прототипы в классической металлургии. Струйно-плазменные процессы, ориентированные на получение веществ в дисперсном состоянии, требуют создания оригинального оборудования. Реализованы процессы плазменно-водородного восстановления оксидов тугоплавких металлов, плазменной восстановительной плавки оксидов группы железа, получения соединений металлов (карбиды, нитриды, оксиды и др.), позволяющие производить продукты в виде дисперсных порошков. Они отличаются возможностью энерго- и ресурсосбережения, получения продуктов с особыми эксплуатационными свойствами и совместимостью с окружающей средой. Предложена концепция модульного энерготехнологического комплекса, объединяющего на базе плазменной техники производство энергии и химико-металлургическое изготовление металлов, сталей и сплавов из природного и техногенного сырья. Такой экологически чистый комплекс позволит снизить энерго- и ресурсозатраты.

Работа направлена на изучение основных газодинамических характеристик плазмотрона с полым катодом, что, в конечном итоге, должно привести к созданию высокоресурсного металлургического плазмотрона. Показана взаимосвязь вихревого эффекта и газодинамики полого электрода плазмотрона. Дано описание физической модели плазмотрона с полым электродом для исследования распределения в нем газовых потоков. Показано, что на выходе из завихрителя пристеночный поток представляет собой несколько отдельных спирально закрученных жгутов, направленных как в электрод, так и в сопло. В результате в центральной части полости формируется область пониженного давления. Определено изменение давления пристеночного вихревого потока на стенку полого электрода по мере удаления этого потока от камеры завихрителя в зависимости от глубины полости электрода и давления газа, подаваемого в камеру завихрителя. Исследовано распределение давления выходящего потока газа по сечению сопла модели плазмотрона. На основании анализа литературных данных и собственных предварительных экспериментов предложена гипотетическая схема движения потоков газа в плазмотроне с полым электродом.

Численное моделирование процессов переплава позволяет объединить локальные условия кристаллизации и рабочие параметры процесса. Рассмотрены последние исследования, направленные на разработку отдельных аспектов, например распределение переменного тока при электрошлаковом переплаве сталей и сверхпрочных сплавов, совокупное движение дуги в печи вакуумно-дугового переплава и влияние электромагнитного перемешивания на макросегрегацию в переплавленных слитках.

Індекс рубрикатора НБУВ: К641.712-18

Рубрики:

Зварювання металів тертям

Шифр НБУВ: Ж14257 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К314.603-1 + К327.923.4

Рубрики:

Виробництво машинобудівної сталі

Шифр НБУВ: Ж14257 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К663.030.022-1

Рубрики:

Металізація металів у вакуумі

Шифр НБУВ: Ж14257 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Разработана сквозная технология получения молибденового проката (прутков) из прессованных порошковых брикетов первичной переработки. Технология включает электронно-лучевую плавку с промежуточной емкостью, применение периферийного обогрева в кристаллизаторе, а также стан шаговой прокатки. В процессе плавки поддерживали глубину жидкой ванны в кристаллизаторе в пределах 4 - 6 мм. Получены слитки диаметром 70 мм, переработанные в прокатную заготовку диаметром 62 мм и прокат диаметром 18 мм. Исследованы химический состав, структура и свойства полученных молибденовых прутков. Определены размеры зерна исходной заготовки и прутка (размер зерен прокатанного молибдена меньше в 3 - 4 раза). Достигнут высокий уровень механических свойств материалов прутков: временное сопротивление при растяжении - более 700 МПа, относительное удлинение - свыше 20 %. Показано, что качество прутков соответствует требованиям стандартов для горячекатаных прутков молибдена марок МЧ и МЧВП.

Індекс рубрикатора НБУВ: К314.17-5-01 + В333.11

Рубрики:

Плазмова металургія

Генератори (джерела) і прискорювачі плазми

Шифр НБУВ: Ж14257 Пошук видання у каталогах НБУВ 

В Институте электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины разрабатывается способ плазменно-дугового жидкофазного восстановления железа газообразными восстановителями, в частности продуктами пиролиза углеводородов, с получением низкоуглеродистого металла. Установлено, что увеличение основности шлакового расплава способствует возрастанию степени извлечения железа при прочих равных условиях. Причиной этого эффекта является повышение активности оксида железа в шлаковом расплаве при увеличении его основности, которое сопровождается снижением активности диоксида кремния. В результате концентрация кремния в полученном металле снижается до 0,03 мас. %. Благодаря повышению активности оксида железа при увеличении основности шлакового расплава возрастает эффективность использования восстановителя, полученного при пиролизе восстановительного газа на основе пропана. Зависимость окисленности отработанных газов, которая является характеристикой эффективности использования восстановителя, от активности оксида железа в шлаковом расплаве в исследованном диапазоне носит линейный характер и находится вблизи равновесных значений.

Індекс рубрикатора НБУВ: К390.1-1 + К644.572-18

Рубрики:

Виробництво металевих порошків

Плазмове наплавлення металів

Шифр НБУВ: Ж14257 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К390.1-1

Рубрики:

Виробництво металевих порошків

Шифр НБУВ: Ж14257 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Приведены новые методы, методики и оборудование для металловедческих исследований структуры и химической микронеоднородности основного металла и металла сварных соединений. Представителем приборов нового поколения является Оже-микрозонд JAMP-9500F. Даны его технические характеристики, аналитические возможности и полное описание с примерами использования растрового электронного микроскопа, энергодисперсионного спектрометра и Оже-спектрометра. Описаны особенности пробоподготовки. Для получения наилучшего результата при исследовании структуры и химической неоднородности основного метала и сварных соединений разработаны методические рекоммендации. Показано, что данный прибор является незаменимым для локальних и сверхточных исследований границ зерен, наноразмерных включений, переходных зон между основным металлом и металлом шва, а также покрытий и наплавок.

С помощью методов электронной микроскопии, рентгенофазового и дифференциального термического анализа изучены закономерности структурных и фазовых превращений при нагреве многослойной фольги Ti/Al, полученной способом электронно-лучевого осаждения из паровой фазы. Показано, что особенности формирования структуры многослойной фольги Ti/Al при послойном осаждении компонентов из паровой фазы обеспечивают объемную диффузию атомов титана в алюминий и зернограничную диффузию атомов алюминия в титан при термической обработке фольги и влияют на характер формирования ее структурно-фазового состояния. Установлено, что морфологические особенности формирования структуры фольги в условиях ее медленного нагрева определяются периодом чередования слоев и соотношением интенсивностей объемной и зернограничной диффузии. Уменьшение периода чередования слоев обеспечивает интенсивную фрагментацию слоев титана при термообработке фольги Ti/Al. Проведен анализ объемных изменений в фольге при протекании фазовых превращений. Показано, что большинство твердофазных реакций сопровождается уменьшением удельного объема фаз. Изменение объема при протекании твердофазных реакций приводит к формированию пустот в материале фольги и увеличению ее дефектности. Установлено, что формирование структурно-фазового состояния многослойной реакционной фольги при нагреве обеспечивается ее структурной самоорганизацией. Особенности формирования структуры многослойной фольги Ti/Al при нагреве будут влиять на формирование ее физических свойств и возможность практического использования.

Исследован выбор присадочного материала для восстановления торцевых кромок пера рабочих лопаток из монокристального сплава CMSX-4 способом аргонодуговой наплавки. Наплавляемый материал (сплав IN625) обеспечивает торцевой кромке пера рабочей лопатки необходимые стойкость против окисления и коррозии, а также сопротивление ползучести при рабочей температуре, позволяет формировать наплавленные швы без горячих трещин с минимальным количеством зерен случайной ориентации. Разработан подход к комплексному ремонту рабочих лопаток из сплава CMSX-4, включающий восстановление торца пера наплавкой и нанесение на изделие способом электронно-лучевого осаждения жаростойкого подслоя и теплозащитного покрытия, включая проведение всех необходимых видов термомеханической обработки для продления срока службы ответственных изделий ГТД.

Рассмотрены основные технологические схемы электрошлаковой выплавки слитков - классическая и двухконтурная схемы переплава расходуемого электрода, а также схема с заливкой жидкого металла в токоподводящий кристаллизатор. Отмечены проблемы, возникающие при использовании той или другой схемы, их преимущества и недостатки, в частности, подача металлического расплава в токоподводящий кристаллизатор и необходимость разработки соответствующих для этого устройств. С учетом требований к качеству металла и конечной стоимости электрошлакового слитка, в значительной степени обусловленной затратами на изготовление расходуемых электродов, а также ценой оборудования в целом, высказано предположение о наиболее целесообразных областях применения каждой из технологических схем. Указано, для каких классов материалов и типоразмеров слитков рациональнее применять ту или иную технологию электрошлаковой выплавки. Отмечено, что для электрошлаковой выплавки крупных и сверхкрупных (100 т и более) слитков, а также длинномерных полых заготовок необходимо использовать технологические схемы с заливкой жидкого металла в токоподводящий кристаллизатор. При этом конструкция такой электрошлаковой печи, в отличие от уже существующих, может быть упрощена, а ее высота существенно снижена.

Показано, что использование разнородных конструкций, элементов машин и механизмов в различных отраслях (энергетическом комплексе, трубопроводном транспорте, авиакосмической промышленности) позволяет получать уникальный комплекс эксплуатационных свойств, сложно достижимых при использовании однородных материалов. В этом случае возникают естественные трудности в получении разнородных деталей и заготовок с гарантированным качеством металла. Для изготовления разнородных элементов существуют различные технологические приемы, одним из которых является электрошлаковая плавка в токоведущем кристаллизаторе с жидким присадочным металлом, применяемая, в частности, для производства разнородных по высоте стальных слитков большого диаметра, используемых для валов роторов турбин. Одной из задач оптимизации технологических параметров такого процесса является минимизация склонности металла разнородного слитка к появлению холодных трещин. Для численного анализа кинетики тепловых, физико-химических и механических процессов разработан комплекс математических моделей и программных средств, посредством которых обнаружены некоторые особенности формирования переходной зоны разнородного слитка. Предложен подход относительно выбора оптимального химического состава присадочного металла и продемонстрирована возможность минимизации таким образом склонности металла слитка к образованию холодных трещин в переходной зоне. Показано существенное влияние материала с химическим составом, отличным от оптимального, на склонность металла слитка к растрескиванию, предложены способы эффективной оптимизации процесса электрошлаковой плавки разнородных по высоте слитков для снижения риска появления такого рода дефектов.