Ученые создали первую в мире установку, совмещающую литье, прокатку и прессование, благодаря чему она может из расплава металла, в том числе отходов алюминия, производить новые пресс-изделия, например, в виде прутков круглого поперечного сечения различного диаметра. Повторное использование отходов производства в разы удешевляет себестоимость изготовления длинномерных изделий из алюминия — прутков, проволоки и других. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале «Металлург».л
Если изготавливать крепежные элементы, такие как заклепки, гайки и винты, из чистого алюминия, то при нагрузках в процессе эксплуатации в них появляются трещины, и изделия разрушаются. Это связано с тем, что алюминий после литья слитков имеет невысокую прочность и крупнозернистую структуру: под микроскопом слиток из этого материала представляет собой крупные металлические зерна. Чтобы исключить этот недостаток, к алюминию добавляют дополнительные элементы и таким образом получают сплавы. Чтобы сделать слитки еще более устойчивыми к деформации, их модифицируют (улучшают), вводя при литье прутки-модификаторы из сплава алюминия с титаном и бором. Это эффективная методика, которая позволяет получить мелкозернистую структуру литого металла и улучшить его пластические и прочностные свойства. Практически все отечественные заводы изготавливают изделия из алюминиевых сплавов из слитков, модифицированных такими прутками. Однако эти прутки в настоящее время закупают за границей по довольно высокой цене, так как их производство в нашей стране еще не налажено. Поэтому задача замены импортной продукции очень актуальна.
Ученые из Сибирского федерального университета (Красноярск) создали установку для изготовления пресс-изделий из сплавов алюминия методом бесслитковой прокатки. Это первый в мире агрегат, в котором одновременно осуществляется литье, прокатка и прессование металла. Благодаря этому установка позволяет получать прутки не только из слитков металла, но и из вторичных отходов алюминиевых сплавов, например обрезков и стружки, что в конечном счете приводит к снижению себестоимости готовых изделий.
В составе установки имеется печь-миксер, где сплав алюминия расплавляется, а также деформирующий узел, с помощью которого расплав заливается в водоохлаждаемые валки. Здесь расплав кристаллизуется в виде квадратной заготовки, из которой затем формируются прутки. С помощью такой технологии можно обрабатывать алюминиевые сплавы различных составов и получать из них пресс-изделия заданной формы и размеров с высокой производительностью.
Ученые с помощью компьютерного моделирования определили температурно-скоростные и деформационные параметры процесса и мощность приводного двигателя установки. Затем с их использованием сконструировали установку и провели на ней экспериментальные исследования по получению опытных партий прутков-модификаторов, в том числе из вторичных отходов производства (сплава алюминия с магнием и кремнием).Авторы сделали снимки структуры металла, а также с помощью разрывной машины проверили прутки на прочность, и она оказалась сопоставимой с прочностью прутков, получаемых традиционными методами прокатки и прессования.
«Мы собираемся провести эксперименты в условиях инженерно-технологического центра РУСАЛа по модифицированию промышленных слитков из сплава алюминия с магнием и кремнием с помощью полученных нами прутков-модификаторов, изготовленных из обрези прессованных профилей, и проверить научную гипотезу о возможности модифицирования слитков с помощью таких прутков. Кроме того, мы подали заявку на два патента, так как способ и устройство для бесслитковой прокатки-прессования прутков из алюминиевых сплавов разработаны впервые», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Сергей Сидельников, заслуженный изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор кафедры «Обработка металлов давлением» Института цветных металлов Сибирского федерального университета.
***
Больше результатов исследований грантополучателей Российского научного фонда и актуальных новостей из мира науки доступны в социальных сетях РНФ Вконтакте и Телеграм