Основными структурными элементами расплавов литейных алюминиево-медно-кремниевых сплавов являются элементарные нанокристаллы алюминия, меди, кремния и их свободные атомы. Кристаллизующиеся фазы этих сплавов - микрокристаллы а-фаз, кремния и в-фазы. Процесс их кристаллизации наноструктурный. Сначала из элементарных нанокристаллов и свободных атомов образуются структурообразующие нанокристаллы. Затем из них формируются центры кристаллизации микрокристаллов фаз. Из них, структурообразующих нанокристаллов и свободных атомов алюминия, меди, кремния образуются микрокристаллы а-фаз, кремния и в-фазы. Показано, что структурная устойчивость при переплавке литейных алюминиево-медно-кремниевых сплавов обратно пропорциональна концентрациям адсорбированных атомов водорода и кислорода.

Приведены данные о химическом составе бентонитовых глин различных месторождений Узбекистана. Показана целесообразность смешивания бентонитовых глин различных месторождений для получения более высоких технологических показателей. Предложено провести исследования для адаптации бентонитов к условиям их применения в литейном производстве Беларуси.

Приведены результаты исследования влияния модифицирования кобальтовым порошком на механические свойства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и оловяно‑свинцовистой бронзы. Показано, что при введении кобальтового порошка до 0,1 % он равномерно распределяется в металлической матрице. Увеличение количества вводимой добавки позволило выявить, что кобальт преимущественно концентрируется в областях, кристаллизующихся последними. Введение кобальта позволило повысить временное сопротивление при растяжении высокопрочного чугуна и относительное удлинение бронзы. На другие механические свойства введение кобальтового порошка не влияет.

Выполнен сравнительный анализ процессов литья по выплавляемым моделям на основе двух технологических подходов: традиционного и модифицированного, основанного на использовании аддитивных технологий. Рассмотрены достоинства и недостатки разных видов аддитивных технологий, применяемых для прямого и непрямого изготовления выплавляемых моделей. Экспериментально изучены особенности получения выплавляемых моделей из воска и парафина с использованием стальных пресс‑форм, изготавливаемых по аддитивной технологии листового ламинирования. Обсуждены проблемы реализации этой технологии, связанные с формированием ступенчатого рельефа поверхностей формообразующей полости пресс‑формы. Предложен эффективный способ сглаживания этого рельефа путем удаления впадин ступенек посредством замазки.

2024‑й год – юбилейный в истории ОАО «БМЗ – управляющая компания холдинга «БМК». 15 октября предприятие
отпраздновало 40‑летие с момента выпуска первой плавки стали и разливки ее на машине непрерывного литья загото‑
вок в электросталеплавильном цехе.

Цель данной статьи заключается в том, чтобы в честь 40‑летия ОАО «БМЗ – управляющая компания холдинга «БМК» сформировать комплексный современный взгляд на технический образ предприятия, объединяющий прошлое, настоящее, видение перспективных среднесрочных и долгосрочных направлений развития и представить обзор становления и развития отечественной металлургии во временной период с 1970‑х по 1980‑е годы. Задачами настоящего обзорного исследования по становлению и развитию ОАО «БМЗ – управляющая компания холдинга «БМК» является раскрытие  пути  технического  развития,  интеллектуального  и  технического  потенциала  предприятия,  заложенные и сформированные результатом коллективного 40‑летнего труда и международного сотрудничества.

Очередная юбилейная дата – повод оглянуться назад к истокам, проанализировать и подвести итоги и достижения предприятия на сегодняшний день, задать ориентиры и направления среднесрочного и долгосрочного устойчивого развития для предприятия.

Настоящая статья представляет определенную уникальность и новизну в части объединения различного обзорного теоретического материала по историческим вехам развития предприятия за 40 лет, по описанию текущего момента и стратегических направлений развития предприятия, также систематизирует и содержит основные выдержки из предыдущих публикаций в научно‑технических журналах, что дает возможность использования теоретического материала данной статьи для практического применения в трудовой, инженерной и образовательной деятельности.

Представлены результаты работы по совершенствованию технологии производства непрерывнолитых заготовок 300×400 мм, предназначенных для изготовления осей железнодорожного транспорта. Определены необходимые технологические операции, режимы и условия для получения заданных требований по качеству макрои микроструктуры непрерывнолитой заготовки. В процессе выполнения работы использовался широкий спектр современных методов исследований, включая различные методики оценки макроструктуры непрерывнолитых заготовок, металлографические анализы с использованием оптического и электронного микроскопа.

В статье рассмотрено влияние растворенного водорода в стали на образование флокенов. Описан способ измерения содержания водорода в жидкой стали. Рассмотрены способы удаления водорода из жидкой стали на этапах при плавлении в печи и внепечной обработке стали. Особое внимание уделено технологическим решениям, которые позволяют минимизировать насыщение стали водородом в процессе ее разливки. Подробно описан опыт выполнения рабочего слоя футеровки промежуточных ковшей МНЛЗ с использованием сухих масс.

Одним из важных показателей качества бунтового проката, подвергавшегося нормированию и контролю при аттестации, является глубина обезуглероженного слоя на поверхности, который формируется как при прокатке, так и при термической обработке. Обезуглероживание и окалинообразование существенно снижают механические свойства в поверхностных слоях металлопроката, вследствие чего поверхность становится восприимчивой к образованию рисок, задиров, царапин при прокатке, калибровке и холодной высадке. Для образования обезуглероженного слоя требуются дополнительные затраты на механическую обработку, в результате которой увеличивается объем металлических отходов и значительная часть стали уходит в утилизацию. В данной статье с помощью экспериментального исследования предпринята попытка выявить одну из причин образования обезуглероживания местного характера на катанке стали марки 20Г2Р после отжига.

Рассмотрено влияние схемы деформации при равномерном и сосредоточенном растяжении, сжатии и волочении на интенсивность деформационного упрочнения низкоуглеродистой стали с различной дисперсностью структуры. С увеличением размера зерна феррита склонность к упрочнению повышается для всех схем деформации. Сжатие снижает структурную чувствительность интенсивности деформационного упрочнения. Равномерное растяжение усиливает интенсивность упрочнения по сравнению с волочением и сосредоточенным растяжением, но уступает одноосному сжатию. Прорыв дислокационными скоплениями подповерхностных слоев проволоки более прочного, сформировавшегося в процессе волочения, поверхностного слоя сопровождается повышением плотности подвижных дислокаций и снижением интенсивности деформационного упрочнения.

Рациональный комплекс механических свойств и высокая прокаливаемость диффузионного слоя обеспечивают применение экономнолегированных сталей для крупномодульных зубчатых колес. Применяемая в настоящее время металлургическими заводами технология изготовления горячекатаного проката цементуемых сталей не обеспечивает стабильного получения в изделиях мелкозернистой структуры. Приведены результаты исследований образцов проката конструкционной экономнолегированной стали 21ХГНМБА, прошедшего термическую обработку по разным технологическим схемам. Установлено, что при одинаковом аустенитном зерне металла прокат двух поставщиков значительно различается по величине действительного зерна. Крупнозернистое строение микроструктуры объясняется особенностями термической обработки проката с длительным замедленным охлаждением при неполном отжиге без перекристаллизации. Получено, что исходная крупнозернистая структура проката повысила склонность к укрупнению зерна изделий при последующей высокотемпературной обработке, что привело к увеличению прокаливаемости стали и повышению кинематической погрешности зубчатых колес, изготовленных из данного проката.

Разработан режим термической обработки инструментальных сталей закалкой с промежуточным отпуском, повышающий стойкость штампового инструмента высокой точности в 1,5–2,0 раза по сравнению со стандартной термообработкой. При нагреве под закалку до температуры выше 1150 ºС происходят интенсивное растворение вторичных карбидов, рост аустенитного зерна, резкое увеличение остаточного аустенита. Наиболее приемлемым оказался промежуточный отпуск при 600 ºС, не приводящий к существенному увеличению аустенитного зерна с ростом температуры первой закалки, образующий структуру мелкои среднеигольчатого мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита.

Рассмотрены артефакты металлографической пробоподготовки, возникающие при отрезке заготовок для металлографических образцов с использованием угловой шлифовальной машины, а также плазменной резки. Показано влияние нагрева и оплавления на изменение структуры и фазового состава образцов в зоне реза. Представлены структуры сталей, формирующиеся при неправильной отрезке образцов.

Исследовано влияние режимов предварительной термической обработки (ТО) стали Р91 на образования трещины при испытании на ударный изгиб. Экспериментально получены кривые зависимости изменения усилия во времени и изменения прогиба образца в зависимости от усилия, по которым определены энергия зарождения трещины, энергия развития трещины, максимальная величина прогиба образца до разрушения, максимальное усилие и усилие разрушения, скорость деформирования, время до разрушения, количество волокнистой составляющей, ударная вязкость, коэффициент интенсивности напряжений. Методами оптической микроскопии исследованы изломы. Показано, что стандартная досварочная термическая обработка (ТО) стали Р91 – двойная нормализация значительно снижает ударную вязкость, переводя излом в квазихрупкое состояние. Использование различных вариантов термоциклической обработки (ТЦО) увеличивает общую энергию разрушения и минимизирует количество хрупкой составляющей, при этом после ТЦО разрушение носит в основном внутрикристаллитный характер.

В статье представлены источники поступления серы и фосфора в сварочную ванну, проанализировано их влияние на качество металла шва при электродуговой сварке и предложены способы их удаления. Показано, что влияние серы и фосфора на образование горячих трещин взаимно усиливается тем, что места ликвации соединений этих элементов в металле шва совпадают. Удалению серы способствуют вводимый в расплав сварочной ванны Mn и содержащиеся в шлаке основные оксиды марганца и кальция, а удалению фосфора – содержащиеся в шлаке основные оксиды FeO и CaO.

Целью работы является построение методом конечных элементов модели шаровидного включения графита в высокопрочном чугуне, моделирование процесса его разрушения при двустороннем сжатии и верификация моделей при проведении экспериментов по сжатию.

Построены трехмерная модель шаровидного включения графита в высокопрочном чугуне, а также конечноэлементная модель, которая включает в себя более миллиона конечных элементов. При построении модели основывались на предположении, что в центре включения графита находится микроскопическая инородная шарообразная частица. По одной из версий она представляет собой сложную комбинацию оксидов, сульфидов и оксисульфидов, причем наружный слой частицы когерентен с решеткой графита; по другой версии – это частица кремнистого феррита, которая обрамлена графитом, имеющим поликристаллическое секторальное строение в виде пирамидальных структур с вершинами, расходящимися от центра частицы. В основании пирамид находятся пяти и шестиугольники. Каждый сегмент пирамиды включает в себя множество графитных пластин, расположенных параллельно и наслаивающихся друг на друга.

Численное моделирование двухосной (четырехсторонней) деформации шаровидного включения графита с использованием программы Ansys показало, что центральный зародыш не деформируется и не разрушается; напряжения в нем не превышают 53 МПа. Разрушение вначале происходит по границам графитовых пирамидальных структур, а на определенных этапах и сами они разрушаются. В продольном сечении заметно также смещение графитных плоскостей внутри пирамид. Напряжения в различных частях пирамидальных структур различаются на порядок и варьируются от 14 МПа (в основном в центральной части) до 192 МПа (на краях графитного включения).

Для верификации компьютерных моделей были проведены эксперименты на сжатие образцов высокопрочного чугуна при комнатной температуре на разрывной машине. Исследования с помощью РЭМ подтвердили секторально-пирамидальное строение включения графита с наличием внутри пирамид параллельных плоскостей. Экспериментально доказано, что, начиная с определенной нагрузки, происходит полное разрушение составляющих пирамиду пакетов из графитных плоскостей.

Результаты моделирования четырехстороннего сжатия адекватно описывает поведение шаровидного включения графита. В дальнейшем полученные результаты будут использованы для сравнения поведения графита при высокотемпературной (900–1000 °C) деформации чугуна методом выдавливания.

Исследована возможность повышения механической прочности пористых материалов из порошков губчатого титана двумя методами. В первом случае проводили активацию спекания с помощью легирующих добавок на основе Al, ZnO и TiH₂. Установлено, что максимальное (в 1,8–1,9 раза) увеличение прочности по сравнению с образцами, изготовленными только из титанового порошка, достигается за счет добавления до 0,5 % TiH₂. При введении других легирующих добавок (Al, ZnO) механическая прочность увеличивается не более чем на 16–20 %. Изучено влияние режимов спекания и атмосферы на механическую прочность пористого титана. Показано, что образцы, спеченные в вакууме, имеют в 1,85–1,90 раза более высокую механическую прочность по сравнению с теми же образцами, спеченными в атмосфере аргона. Во втвором случае для повышения механической прочности пористого титана предложено использовать бидисперсные смеси, состоящие из мелких и крупных порошков титана. Для этого в титановый губчатый порошок с размером частиц 630–1000 мкм добавляли до 20 мас.% мелкодисперсного титанового порошка с размером частиц 100–160, 40–100 или <40 мкм. Установлено, что введение 10–12 мас.% самого мелкодисперсного (<40 мкм) титанового порошка приводит к увеличению прочности на разрыв пористого материала в 4 раза по сравнению с пористыми материалами, изготовленными только из грубого (630–1000 мкм) титанового порошка того же химического состава.

В статье представлены результаты исследований термодиффузионного цинкового покрытия, полученного по технологии, где в качестве цинкового компонента используются отходы, образовавшиеся при обдувке труб после их горячего цинкования, – цинковая пыль, на стальных изделиях, в том числе с резьбовой поверхностью. Цинковые покрытия наносят методом термодиффузионного насыщения в стационарном контейнере в порошковой смеси, состоящей из 40 % Z_отх  + 59 % Al₂O₃ + 1 % NH₄Cl. В результате формируются покрытия хорошего внешнего вида, а необходимая толщина, позволяющая обеспечить свинчиваемость парной резьбы, достигается при регулировании времени выдержки.

Исследованы морфология поверхности и внутреннее строение графитных включений в высокопрочном чугуне. На основании этого подтверждена теория зарождения графита на твердых включениях в расплаве. Показано, что морфология наружной поверхности шаровидных графитных включений может варьироваться от почти гладкой до состоящей из последовательно перекрывающихся чешуек графита. Высказано предположение, что в зависимости от теплофизических условий кристаллизации превалирует рост включения графита по одной из кристаллографических плоскостей: [1010] – при замедленном охлаждении (чешуйчатая морфология поверхности типа «капустный кочан») и [0001] – при более быстром охлаждении (гладкая поверхность).

Металлографические исследования внутреннего строения шаровидного графитного включения выявили его сегментарно‑слоистую структуру с характерными концентрическими волнистыми линиями. Внутри включения выделяются характерные зоны: центр, секторы с выделенными стыками, расходящимися из центра, иногда встречаются включения кремнистого феррита. Подтверждена поликристаллическая структура включения с отчетливыми границами между графитными пирамидами. Методом МРСА установлены аномалии в распределении концентраций углерода, магния, кремния, серы и кислорода внутри включения графита. В центре содержание магния, серы и кислорода существенно повышено. Это подтверждает теорию зарождения графита на сульфидах и оксидах. В некоторых случаях зафиксировано повышение содержания кислорода на наружной части включения, что может быть связано с оттеснением оксидов на периферию при росте графитного включения в расплаве. Полученные результаты вносят уточнения и дополнения в теорию гетерогенного зародышеобразования частиц сфероидального графита в высокопрочном чугуне, при котором центральной частью сфероида является комплекс сложных сульфидов и оксидов.

Рассмотрено влияние условий труда на работающих в литейном производстве. Приведены результаты анализа профессиональных заболеваний в литейных цехах с разным характером производства. Отмечено, что наибольшее количество профессиональных заболеваний по месту их происшествия приходится на обрубочно‑очистной, формовочный и плавильно‑заливочный участки литейных цехов, а наибольшее количество случаев в цехах с различным характером производства – на профессии обрубщика, формовщика, плавильщика, заливщика и слесаря‑ремонтника.

В настоящее время широко используются процессы нанесения на поверхность стальных изделий защитных покрытий – бронзирование, латунирование и др. Данные операции выполняются путем термокаталитического нанесения на поверхность стальных изделий соединений свинца с последующей надежной фиксацией на данной подложке слоя бронзы, латуни и др. С учетом последующих технологических операций образуется значительное количество оборотных, промывных и сточных вод, содержащих достаточно большое количество растворенных соединений.

13 сентября 2024 г. ушел из жизни кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины и технология литейного производства» БНТУ, заведующий НИЛ «Материаловедение и технология литейного производства» филиала БНТУ НИПИ Федор Иванович Рудницкий.