Влияние режимов горячей прокатки алюминиевых сплавов на механические свойства полученного продукта : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.16.05

Актуальность темы исследования. Алюминиевые сплавы обладают уникальным уровнем свойств, в том числе низкой плотностью и высокой удельной прочностью. Это предопределило их применение в элементах конструкций, связанных с функционированием летательных аппаратов. Борьба за снижение энергопотребления в транспортной технике в последнее время привела к мысли о том, что любые транспортные средства, а не только летательные аппараты, должны иметь малую массу. Поэтому в последнее время активизированы разработки, направленные на замену относительно тяжелых стальных конструкций на легкосплавные (алюминий, магний и их сплавы). Недаром в перечень критических технологий Российской Федерации от 01 июля 2011 г. включена тема «Технологии создания ракетно-космической и транспортной техники нового поколения». Здесь имеются в виду и замена стальных конструкций на алюминиевые в железнодорожных и автомобильных транспортных системах, в том числе создание пассажирских и грузовых вагонов, цистерн большой емкости, имеющих малую массу, создающих меньшую нагрузку на транспортные коммуникации и требующие меньшей энергии для перемещения грузов.
Листовые полуфабрикаты из алюминиевых сплавов изготавливаются, в основном, методом плоской прокатки. Это предопределяет необходимость изучения механизмов формирования свойств алюминиевого проката в сегодняшнем производстве, разработке мероприятий по повышению его эффективности с целью выпуска продукции надлежащего качества.
В связи с этим, исследования, направленные на изучение реологии алюминиевых сплавов и на совершенствование режимов их обработки следует считать актуальными.
Степень разработанности проблемы. При получении требуемых механических свойств готового изделия из алюминиевых сплавов, необходимо учитывать эффект структурного упрочнения, заключающийся в том, что в
5
определенных условиях деформации, несмотря на высокую температуру нагрева заготовки динамическая рекристаллизация материала не наступает. Это позволяет сохранить упрочненное деформацией состояние металла в готовом изделии. Ю.М.Вайнблатом с сотрудниками ВИЛС была изложена точка зрения на происходящие в алюминиевых сплавах процессы, заключающиеся в варьировании температурно-скоростными условиями деформации на получение необходимого структурного состояния после прокатки и термообработки.
Целью работы является описание влияния режимов горячей прокатки алюминиевых сплавов на механические свойства полученного продукта.
Для достижения данной цели сформулированы следующие задачи:
• разработать методику, использующую применение мониторинговых устройств, непосредственно вмонтированных в состав прокатного
агрегата;
• с помощью этой методики оценить изменение прочностных свойств, в
том числе сопротивления деформации в проходах горячей прокатки;
• оценить вклад параметров горячей прокатки в формирование свойств
алюминиевых сплавов, в том числе с учетом эффекта анизотропии. Научная новизна работы заключается в получении новых данных о реологических свойствах алюминиевых сплавов, которые фиксируются мониторинговыми системами непосредственно во время прохождения
производственного процесса прокатки.
Теоретическая значимость работы заключается в разработке методики
оценки сопротивления деформации на основе обработки данных о загрузке стана горячей прокатки и по проходам с учетом времени пауз. Для оценки прохождения процессов статической и динамической рекристаллизации предложено применить булеву алгебру.
Практическая значимость работы состоит в формулировке рекомендаций по рационализации процессов листовой прокатки алюминиевых сплавов.
6

Методология исследования построена на основных концепциях механики деформируемого тела, в том числе на применении основных гипотез (изотропности, несжимаемости и др.) и соответствующего математического аппарата.
Методы исследования включают:
• оценку динамического и статического моментов загрузки стана
горячей прокатки;
• расчет сопротивления деформации по показаниям мониторинговой
системы прокатного стана;
• определение физико-механических свойств готового проката;
• изменение скоростного режима прокатки и оценка его влияния на
уровень физико-механических свойств.
Положения, выносимые на защиту:
• Для формализации процесса горячей прокатки предлагается воспользоваться аппаратом булевой алгебры, с применением приемов математического планирования
• Предложено, с помощью мониторинговой системы прокатного стана определять сопротивление деформации в каждом проходе горячей прокатки.
• Определено влияние скорости деформации в проходах горячей прокатки на формирование свойств алюминиевых сплавов с учетом эффекта анизотропии.
• Определены рамки значений фактора формы очага деформации, позволяющие получить наиболее высокий уровень механических свойств готового изделия для сплавов АК4-1ч и 2024.
7

Степень достоверности результатов подтверждена статистической обработкой полученных данных, сравнением с известными аналогами из технической литературы.
Апробация результатов работы выполнена путем докладов итогов исследований на конференциях и публикацией в рецензируемых изданиях, в том числе, зарубежных и из перечня ВАК.
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: V международная интерактивная научно- практическая конференция «Инновации в материаловедении и металлургии», УрФУ, Екатеринбург. 2015; II международная научно-практическая конференция «Инновационные процессы обработки металлов давлением: фундаментальные вопросы связи науки и производства», МГТУ им. Г.И. Носова. Магнитогорск. 2016; XVII международная научно-техническая конференция «Уральская школа- семинар металловедов – молодых ученых», УрФУ, Екатеринбург. 2016. XVIII международная научно-техническая конференция «Уральская школа-семинар металловедов – молодых ученых», УрФУ, Екатеринбург. 2017.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 13-ти печатных трудах, в том числе 5 из них опубликованы в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Две статьи вошли в международную базу Scopus.
Работа выполнена в рамках исследований, включенных в следующие научные программы:
• «Разработка научных основ физики и механики обработки металлов давлением с целью создания энерго- и ресурсосберегающих инновационных технологий производства металлургической продукции ответственного назначения» (гос. задание No 11.13692014/К от 18.07.2014);
• НИР No02/762 «Изучение влияния температурно-скоростных параметров деформации при горячей прокатке плит из сплава АК4-1ч
8

9
на механические свойства», в рамках плана мероприятий ОАО КУМЗ
на 2016г., утвержденного управляющим директором предприятия.
• НИР No75/226 «Оптимизация технологии изготовления плит из сплава В-1461», в рамках плана мероприятий ОАО КУМЗ на 2016г.,
утвержденного управляющим директором предприятия.