Разработка технологических режимов непрерывного прессования и волочения полученной в электромагнитном кристаллизаторе заготовки из сплава 01417 для производства проволоки с заданными физико-механическими свойствами

Во введении показана и обоснована актуальность темы диссертацион-
ного исследования, сформулированы цели и задачи, представлены научная
новизна, теоретическая и практическая значимость работы.
В первой главе рассмотрено современное состояние и области приме-
нения сплавов системы Al-РЗМ для производства деформированных полу-
фабрикатов электротехнического назначения. Приведено обоснование техни-
ко-экономической целесообразности получения проволоки из этих сплавов
для нужд авиакосмической промышленности. В качестве материала для ис-
следований выбран сплав 01417, приведен его химический состав и дано
описание его физико-механических свойств. Установлено, что для производ-
ства качественной литой заготовки небольшого поперечного сечения в по-
следнее время все чаще применяют метод непрерывного литья с использова-
нием электромагнитного кристаллизатора. При этом за счет высоких скоро-
стей охлаждения и отсутствия контакта металла со стенками кристаллизатора
можно получать заготовки небольших диаметров (5-18 мм) с мелкозернистой
структурой и повышенными пластическими свойствами. Это дает возмож-
ность использовать их для высокопроизводительных процессов непрерывно-
го прессования и получать длинномерные пресс-изделия из малопластичных
алюминиевых сплавов для последующего волочения проволоки. На основа-
нии проведенного анализа и сделанных выводов сформулированы цель и за-
дачи исследований.
Во второй главе представлены результаты моделирования и аналити-
ческих исследований возможности осуществления процесса непрерывного
прессования методом СПП с использованием заготовки круглого сечения,
предназначенной для изготовления проволоки диаметром 0,5 мм из алюми-
ниевого сплава 01417. Путем аналитической оценки и компьютерного моде-
лирования было проведено изучение формоизменение металла, температур-
ных условий и энергосиловых параметров процесса СПП. Для проведения
моделирования и расчетов силовых параметров с помощью метода горячего
кручения были определены реологические свойства металла непрерывноли-
тых заготовок из сплава 01417, полученных с помощью электромагнитного
кристаллизатора. При моделировании в DEFORM-3D установлены темпера-
турно-скоростные и технологические параметры при которых процесс СПП
осуществим в стабильном режиме работы. Получены данные по силам, дей-
ствующим на матрицу и валки, и моментам на валках при прокатке-
прессовании, что позволило выбрать оборудование для экспериментов.
Для определения реологических свойств по методике, разработанной
на кафедре обработки металлов давлением института цветных металлов и
материаловедения СФУ, на имеющейся установке проводили кручение по
разным режимам в широком диапазоне изменения температуры, скорости и
степени деформации. Часть полученных данных представлена на рис. 1.

аб
Рисунок 1 – Зависимость сопротивления деформации σs сплава 01417
от логарифмической степени деформации lnμ при различных скоростях деформации ξ
и температурах нагрева: а – 400 °С; б – 550 °С
Анализ графиков показал, что вид кривых упрочнения для сплава
01417 имеет типовой характер, как и для большинства других алюминиевых
сплавов, причем с увеличением температуры испытаний скоростное упроч-
нение возрастает. Полученные данные по реологическим свойствам исполь-
зовали для компьютерного моделирования процесса совмещенной прокатки-
прессования заготовки круглого сечения в ящичном калибре, схема которого
представлена на рис. 2, с использованием установки СПП-200 (табл. 1).
При моделировании были приняты следующие условия: диаметр заго-
товки составлял 12 мм, а диаметр пресс-изделия 5 мм, зазор между валками
был равен 2 мм; температура окружающей среды – 20 С; температура заго-
товки – 550 °С, а температура инструмента – 200 °С; для проведения расчетов
заготовку разбивали на 10000 конечных элементов; частоту вращения валков
ω варьировали на двух уровнях (4 и 8 об/мин); степень деформации по высо-
те при прокатке была равна 50%; показатель трения по Зибелю составлял: на
контактной поверхности валки-заготовка 0,8, на границе валки-матрица 0,5.

абвг
Рисунок 2 – Схема процесса совмещенной прокатки-прессования заготовки круглого
сечения в закрытом ящичном калибре: а – общий вид; б – на входе в очаг деформации,
в – при прокатке, г – при выдавливании пресс-изделия из матрицы

Таблица 1 – Параметры процесса СПП для различных установок
ПараметрыСПП-200СПП-400
Катающие диаметры валков D1 / D2, мм214/167385/385
Частота вращения валков ω, об/мин4, 84, 8
Высота гребня валка с выступом hг , мм78
Размеры калибра в наименьшем сечении hхb, мм7×157×15; 10х21
Высота зеркала матрицы hм , мм2020; 26
Коэффициент вытяжки при прессовании μ6,5 – 15,36,5 – 27,8
Температура заготовки Tз, ºС480; 550480; 550
Скорость деформации ξ, с-10,5;1,50,5;1,5
Некоторые результаты моделирования, полученные с применением
программного комплекса DEFORM-3D, представлены на рис. 3.

аб
Рисунок 3 – Формоизменение заготовки и распределение температуры металла в очаге
деформации СПП при ω=4 об/мин: а – начальная стадия; б – конечная стадия

Анализ результатов моделирования показал, что формоизменение ме-
талла при обработке заготовок круглого поперечного сечения диаметром 12
мм в закрытом ящичном калибре на установке СПП-200 существенно отли-
чается от формоизменения заготовки квадратного сечения. На начальной
стадии процесса при ω=4 об/мин (рис. 3, а) заготовка при неполном контакте
захватывается валками и обжимается донной поверхностью валка с канавкой
и гребнем валка с выступом. Выявлено, что при частоте вращения 4 об/мин
наблюдается проскальзывание валков и постепенное снижение температуры
заготовки, что может приводить к остановке процесса. Это обусловлено тем,
что в зоне прокатки наблюдается уменьшение площади контакта заготовки с
валками по угловым элементам калибра и снижаются силы трения, подводи-
мые валками. При этом степень обжатия металла по высоте при прокатке
(44%) не превышает рекомендованные 50%. Далее металл заготовки достига-
ет матрицы и распрессовывается, заполняя калибр. При достижении давления
в зоне прессования, достаточного для экструзии, на конечной стадии (рис. 3,
б) металл выдавливается в виде пресс-изделия через отверстие в матрице.
Анализ распределения температуры металла показал, что на начальной
стадии процесса заготовка охлаждается с 550 до 450 °С. В момент начала вы-
давливания пресс-изделия температура составляет 330 – 340 °С. Дальнейшая
деформация приводит к снижению температуры в зоне прессования до 240 –
280 °С. Поэтому для случая реализации прокатки-прессования при частоте
вращения валков 4 об/мин со степенью обжатия при прокатке меньше 50%
возможна остановка процесса СПП. Повышение скорости вращения валков
до 8 оборотов в минуту существенно снижает потери тепла заготовки за счет
меньшего времени ее контакта с валками и матрицей. При выдавливании
температура металла составляет 320 °С. Таким образом, для стабильного
протекания процесса совмещенной прокатки-прессования на установке СПП-
200 заготовки диаметром 12 мм из сплава 01417, на основании результатов
моделирования можно рекомендовать следующие параметры: температура
заготовки – 550 °С, температура валков и матрицы – 200 °С, частота вращения
валков – 4 или 8 об/мин; обжатие по высоте при прокатке не менее 50%.
Как показало моделирование при прокатке-прессовании заготовки
круглого сечения перераспределение металла в калибре происходит нерав-
номерно, поэтому калибр может быть заполнен не полностью. Это приводит
к снижению контактных сил трения и, как следствие, к проскальзыванию
валков относительно заготовки. В результате процесс СПП становится неста-
бильным и выдавливание металла через матрицу не происходит. Для того
чтобы устранить данный недостаток и обеспечить стабильный процесс вы-
давливания металла за счет гарантированного заполнения калибра металлом
при прокатке, предлагается высоту гребня валка с выступом определять, ис-
ходя из условия равенства площадей исходной заготовки круглого сечения
диаметром d0 и площади осаженной заготовки прямоугольного сечения после
прокатки в минимальном сечении калибра (см. рис. 2). Тогда с учетом задан-
ного расстояния между бочками валков δ, высоту гребня валка с выступом
hг можно найти по следующей формуле:
0,25d02
hг    d0 .(1)
b
А условие реализуемости процесса СПП для случая деформации заготовки
круглого поперечного сечения запишется в виде
hгэ  hг ,(2)
где hгэ – экспериментальное значение высоты гребня валка, заложенное в
конструкции установки совмещенной обработки.
Для расчета силовых параметров использовали данные по реологиче-
ским свойствам сплава 01417 (см. рис. 1) и учитывали повышение энергоза-
трат за счет захолаживания заготовки при ее задаче в валки и возможным об-
разованием заусенца при проникновении металла между матрицей и валками.
Силу, подводимую валками, определяли по формуле
Рв  0,017kзsср D(    (b  h) ,(3)
где sср – среднее сопротивление металла деформации с учетом захолажи-
вания металла в валках; k з – коэффициент, учитывающий толщину и темпе-
h
ратуру заусенца; D – средний диаметр валков, α =- угол захвата ме-
0,5 D
талла валками; h –абсолютное обжатие при прокатке; β – угол отстояния
зеркала матрицы от общей оси валков (см. рис. 2).
Силу, действующую на матрицу, находили по формуле
Рм  1,57kзsср (1, 642 Fмl n   rмlп ) ,(4)
где μ – коэффициент вытяжки при прессовании; rм = 0,5 dм – радиус калиб-
рующего отверстия матрицы; lп – величина рабочего пояска матрицы; Fм –
площадь распрессованной заготовки перед зеркалом матрицы.
В результате расчетов по полученным формулам при одинаковых раз-
мерах калибра и значений вытяжки при прессовании установлено, что сила,
действующая на валки Рв, при обработке металла на установке СПП-400 вы-
ше, чем на установке СПП-200 (табл. 2). Это объясняется тем, что катающие
диаметры валков в этом случае больше, а соответственно, больше и длина
контакта валков с металлом. Установлено также, что для условий обработки
круглой заготовки на установках СПП прижимного усилия (300 кН) не хва-
тит для поджима матрицы и процесс окажется неосуществим, поэтому следу-
ет выбирать температуру Tз=550 ºC, тогда максимальная сила Рм, действую-
щая на матрицу при выдавливания прутка диаметром 5 мм, не превысит 241
кН (см. табл. 2).
На рис. 4 приведены в сопоставлении графики расчетных силовых
параметров процесса непрерывного прессования для лабораторных условий
обработки на установке СПП-200 (калибр 7х15 мм) и для промышленных
условий на установке СПП-400 (калибр 10х21 мм).

Таблица 2 – Значения силовых параметров для установок СПП при одинако-
вых размерах калибра в минимальном сечении 7х15 мм
Tз = 480 °СTз =550 °С
Параметры
μ = 6,512,715,3μ = 6,512,715,3
Установка СПП-200
Рв, кН515543572279297314
ξ = 0,5 c-1
Рм, кН18228936299158199
Рв, кН599631673334355382
ξ = 1,5 c-1
Рм, кН212336426118189241
Установка СПП-400
Рв, кН732773814397422447
ξ = 0,5 c-1
Рм, кН18228936299158199
Рв, кН852898958476505543
ξ = 1,5 c-1
Рм, кН212336426118189241

РВ, кНРМ, кН
900900
СПП-400
720720
540СПП-200540СПП-400
360360СПП-200
180180
00
481216202428μ
32481216202428μ
аб
Рисунок 4 – Графики изменения силовых параметров процесса СПП при Тз = 550 °С для уста-
новок СПП-200 и СПП-400: ——— ξ = 0,5 c-1; ——– ξ = 1,5 c-1
Таким образом, рекомендуемые параметры для проведения экспери-
ментальных исследований (Тз=550 °С, ξ = 0,5 c-1) во всем диапазоне значений
вытяжки обеспечивают оптимальную силовую загрузку оборудования.
Для прокатки заготовки круглого поперечного сечения предложено
усовершенствовать деформирующий узел установки для непрерывной про-
катки и прессования профилей (патент РФ № 119267), изготовив валки с
ящичным калибром, у которого ширина канавки валка с ручьем больше диа-
метра заготовки на 5-15%, а гребень валка с выступом выполнять заданной
высоты с учетом расстояния между валками, рассчитав ее по формуле (1).
В третьей главе представлены результаты экспериментальных иссле-
дований процесса получения длинномерных деформированных полуфабри-
катов электротехнического назначения из сплава 01417 (табл. 3) с использо-
ванием методов непрерывного литья, прокатки и прессования.

Таблица 3 – Химический состав слитков из опытного сплава 01417
Содержание компонента в сплаве, мас. %
AlLaCePrFeSiSm
Основа2,3-2,54,4-4,70,10,20,10,1

Для исследования влияния режимов литья и отжига на свойства и
структуру прутков, полученных в ЭМК, были изготовлены опытные слитки
при различных температурах литья Тл = 670, 740 и 780 °С и скорости литья
υл = 4,4, 10,8 и 14,5 мм/с. Свойства литых прутков приведены в табл. 4.

Таблица 4 – Физико-механические свойства прутков диаметром 12 мм из
сплава 01417, полученных в ЭМК при различной скорости литья
СкоростьСвойства
литья,Временное сопротив-Предел текучести, ОтносительноеТвердость
мм/сление разрыву, МПаМПаудлинение, %HBW
4,41729119,043,7
10,820510917,251,9
14,521011015,551,9

Для выбора оптимальной температуры То и времени выдержки τ при
отжиге образцы от слитков были подвергнуты термообработке при темпера-
турах 400, 450, 500 и 550 °С в течение 2, 4 и 8 часов.
Анализ микроструктуры прутков показал, что с понижением темпера-
туры литья внутреннее строение зерна огрубляется, более толстыми стано-
вятся ветви дендритов и увеличивается параметр дендритной ячейки. Отжиг
при температуре 550 °С вызывает вырождение эвтектики, и в микроструктуре
наблюдается равномерное распределение алюминидов РЗМ (рис. 5). Резуль-
таты определения размера зерна в литых прутках сплава 01417 показали, что
оно неодинаково по сечению. В отдельных участках периферийной зоны
наблюдается мелкозернистая структура с размером зерна 31-64 мкм, а по се-
чению имеет место крупнозернистая структура с размером зерна от 337 мкм
до 1410 мкм. В связи с этим для проработки структуры необходимо приме-
нение горячей деформации.

абв
Рисунок 5 – Микроструктура отожженных при температуре То=550 °С прутков диамет-
ром 12 мм из сплава 01417, при скорости литья υл=10,8 мм/с и температурах литья:
а – Тл = 670 оС; б – Тл =740 оС; в – Тл =780 оС, х1000

Анализ этих данных показал, что прочностные свойства литых прутков
растут с увеличением скорости литья, при этом пластичность прутков снижа-
ется, но остается на достаточно высоком уровне (12,4-15,5%). При увеличе-
нии температуры отжига до 550 оС и длительности 8 час относительное
удлинение повышается до 38% , а временное сопротивление разрыву снижа-
ется до 126 МПа по сравнению с литым состоянием, однако поверхность
прутков из блестящей становится матово-серой.
В лабораторных условиях Московского института стали и сплавов на
вальцах ВЭМ-3м из прутков диаметрами 4,0 и 9,5 мм сплава 01417, отлитых
в ЭМК, сортовой прокаткой была изготовлена заготовка для волочения квад-
ратного сечения размером 2х2 мм. Из нее, с использованием фильер различ-
ного диаметра, была получена проволока диаметрами 0,5 и 1мм, свойства
которой изучали в исходном и отожженном состояниях. Результаты сравне-
ния свойств проволоки из сплава 01417, изготовленной по двум указанным
технологиям, отражены в табл. 5, из которой видно, что по совокупности ме-
ханических свойств и электропроводности проволока, полученная из отлито-
го в ЭМК прутка диаметром 4 мм, не уступает свойствам проволоке, полу-
ченной по гранульной технологии RS/PM.

Таблица 5 – Физико-механические свойства экспериментальных образцов
проволоки, полученной из сплава 01417 по разным технологиям
Механические свойстваЭлектросопротив-
Полуфабрикатыление
σв , МПаδ, %ρ, Ом·мм2 /м
Проволока диаметром 1,0 мм, полученная2261,00,03300
из прутка диаметром 9,5 мм (ЭМК)
Проволока диаметром 1,0 мм, полученная2330,80,03100
из прутка диаметром 4,0 мм (ЭМК)
Проволока диаметром 2,0 мм, полученная180-2304,6-2,50,03100-0,03200
из гранул (RS/PM)
В работе были проведены исследования возможности получения про-
волоки из сплава 01417 с применением лабораторных установок Конформ и
СПП-200 (табл. 6).
Для исследований на установке Конформ непрерывнолитую заготовку
диаметром 12 мм нагревали в электрической печи до температуры 300 оС и
задавали в калибр, образованный канавкой колеса и башмаком. В результате
прессования была получена опытная бухта прутка диаметром 5 мм длиной 10
метров.

Таблица 6 – Технические характеристики лабораторных установок
ПараметрыЗначения
Лабораторная установка Лабораторная установка
КонформСПП-200
Диаметр валка (колеса), мм272200
Диаметр заготовки, мм1212
Мощность электродвигателя, кВт2219
Момент на выходном валу, кН∙м24,922

Далее проводили волочение на цепном стане по разработанным дефор-
мационным режимам и режимам отжига: волочение с 5 до 2 мм, отжиг про-
межуточный при Т = 400 °С и τ = 1 час; волочение с 2,0 до 0,5 мм, оконча-
тельный отжиг при Т = 450 °С и τ = 1час. Механические свойства полуфаб-
рикатов по переделам представлены в табл. 7. В микроструктуре прессован-
ного прутка в продольном направлении были обнаружены микронесплошно-
сти и отдельные включения размером от 82,6 мкм до 764,9 мкм, которые при
значительных степенях деформации приводили к обрывам проволоки, по-
этому требовался промежуточный отжиг.

Таблица 7 – Механические свойства литых и деформированных полуфабри-
катов из сплава 01417 после непрерывного прессования методом Конформ и
волочения
Диаметр полуфабриката (мм)Механические свойства
и его состояниеВременноеПределОтносительное
сопротивление текучести,удлинение, %
разрыву, МПаМПа
12,0, литое18210211,8
5,0, горячепрессованное21820231,1
2,0, отожженное То=400оС,τ=1ч.13110714,4
0,5, холоднодеформированное2031772,0
0,5, отожженное То=450оС,τ=1ч.15913615,0

Таким образом, анализ механических свойств и структуры металла по-
казал, что деформационные режимы непрерывного прессования на установке
Конформ, волочения и отжига в целом обеспечивают получение достаточно
высоких прочностных характеристик проволоки после волочения.
Экспериментальные исследования на лабораторной установке СПП-
200 (см. табл. 6) осуществляли по следующей методике. В электрической ка-
мерной печи одновременно нагревали несколько непрерывнолитых заготовок
диаметром 12 мм до температуры 550 оС и выдерживали 10-15 мин. Нагрев
валков и матрицы проводился до температуры 200 оС. При достижении за-
данной температуры инструмента и заготовок валки установки СПП-200
приводили во вращение со скоростью 4 и 8 об/мин. Заготовки последова-
тельно задавали в калибр валков, при этом металл осаживался по высоте при
прокатке, распрессовывался перед матрицей и выдавливался через нее в виде
прутка. Силовые показатели (табл. 8) фиксировали с помощью тензостанции
фирмы ZetLab ZET 017-T8 и датчиков силы CWW-50 CWW-100.

Таблица 8 – Силовые параметры процесса СПП для прутка диаметром 5 мм
Сила, кНξ, c-1Расчетные данныеЭкспериментальныеПогрешность,
данные%
Pв0,53143489,8
1,53823871,3
Pм0,51991819,0
1,52412189,5

Далее из прессованных прутков получали проволоку диаметром 0,5 мм
двумя способами: волочением на цепном стане и сортовой прокаткой с даль-
нейшим волочением. Результаты испытаний механических свойств полуфаб-
рикатов, полученных непрерывным прессованием и волочением, представле-
ны в табл. 9. Закономерности их изменения при увеличении степени дефор-
мации ε (рис. 6) по первому и второму способам обработки соответствуют
традиционным представлениям теории ОМД.

Таблица 9 – Механические свойства литых и деформированных полуфабри-
катов из сплава 01417 после непрерывного прессования СПП и волочения
Диаметр полуфабриката (мм)Механические свойства
и его состояниеВременноеПределОтносительное
сопротивлениетекучести, удлинение, %
разрыву, МПаМПа
12,0 литое18210211,8
5,0, горячепрессованное17616320,1
0,5, холоднодеформированное2501811,3
0,5, отожженное То=450оС, τ=1 ч.14312415,9
0,5, отожженное То=500оС, τ=1 ч.13711919,1

Было установлено, что отжиг проволоки при температуре 500 °C и дли-
тельности выдержки 1 час приводит к снижению временного сопротивления
разрыву до значения 137 МПа и росту относительного удлинения до19,1 %.
Еще более высокую пластичность (относительное удлинение 23,6-28,8%)
имеет проволока, изготовленная из заготовки, полученной с частотой враще-
ния валков 8 об/мин, что позволяет вести дальнейшую холодную деформа-
цию металла до получения проволоки диаметром порядка 0,1-0,2 мм. Замеры
электросопротивления показали, что их значения 0,02919-0,03054 Ом·мм2/м
находятся в требуемых пределах.

аб

вг
Рисунок 6 – Механические свойства полуфабрикатов из сплава 01417 до отжига (а, в )
и после отжига (б, г) при частоте вращения валков 4 об/мин

Металлографические исследования прессованных прутков (рис. 7) по-
казали, что они имеют равномерную мелкозернистую структуру (рис. 7, а), а
величина включений незначительна и не превышает 7 мкм. После горячей
деформации были устранены последствия дендритной ликвации, и вместо
дендритных ячеек имело место равномерное и дисперсное распределение
алюминидов РЗМ по сечению прутков. Структура проволоки диаметром
0,5 мм в различном состоянии показана на рис. 7, б, в. Анализ результатов
исследований позволил сделать вывод о том, что проволока, изготовленная
из прутка, полученного на установке СПП с частотой вращения валков
4 об/мин, после отжига при температуре 500 °C и длительности 1 час обла-
дает требуемым комплексом механических и электрических свойств.

абв
Рисунок 7 – Микроструктура прутка диаметром 5 мм (а) и проволоки из сплава 01417 диамет-
ром 0,5 мм в деформированном (б) и отожженном (в) состояниях, х1000
В четвертой главе представлены результаты экспериментальных ис-
следований свойств и структуры деформированных полуфабрикатов, полу-
ченных в промышленных условиях с применением методов Конформ и СПП.
Для испытаний применялось промышленное оборудование (табл. 10) с ис-
пользованием установки Конформ TLJ 300 (табл. 10) и волочильного агрегата
HESF 5/3 предприятия СОАО «Гомелькабель» (г. Гомель), а также установки
СПП-400 ООО «Завод современных материалов» (г. Красноярск) и воло-
чильного стана ООО «Альянс 2008» (г. Красноярск).
Для проведения опытно-промышленных испытаний на установке Кон-
форм использовали полученную в ЭМК заготовку из сплава 01417 диаметром
12 мм в виде бухты с габаритами 300х1000х1000 мм общим весом 300 кг.

Таблица 10 – Характеристики установок Конформ TLJ 300 и СПП-400
ПараметрЗначение
Конформ TLJ 300СПП-400
Номинальный диаметр валка (колеса), мм300400
Номинальный вращающий момент, кНм6335
Частота вращения, об/мин2-12,50-30
Мощность основного двигателя, кВт9018,5
Диаметр заготовки, мм12,0÷13,0 ± 0,212-18

Для исследования возможности получения проволоки диаметром 0,5
мм из сплава 01417 с требуемым комплексом свойств использовали техноло-
гию, которая включала следующие этапы: изготовление непрерывнолитого
прутка в ЭМК диаметром 12 мм; прессование на установке Конформ TLJ 300
двух прутков диаметром 2,65 мм; волочение заготовки до диаметра проволо-
ки 0,5 мм на непрерывном агрегате HESF 5/3 с отжигом в проходной печи
при температуре 400 °C. Коэффициент вытяжки при прессовании непрерыв-
нолитой заготовки диаметром 12 мм двух прутков диаметром 2,65 мм соста-
вил 10,3, при волочении проволоки до диаметра 0,5 мм степень деформации
достигала 96,4 %. Результаты замеров (табл. 11) показали, что проволока
диаметром 0,5 мм из сплава 01417 не соответствует требованиям ТУ-1-809-
1038-2018 по удельному электрическому сопротивлению.

Таблица 11 – Физико-механические свойства проволоки диаметром 0,5 мм из
сплава 01417, полученной с применением установки Конформ TLJ 300
СостояниеВременноеОтносительноеУдельное электри-
и режим отжигсопротивлениеудлинение, %ческое сопротив-
разрыву, МПаление, Ом·мм²/м
Нагартованное2711,00,03392
Отожженное, То=400С, τ =2 ч.2592,10,03229
Отожженное, То=450С, τ =2 ч.2213,20,03202
Отожженное, То=500С, τ =2 ч.19510,30,03193
Отожженное, То=500С, τ =4 ч.17017,40,03178
ТУ 1-809-1038-2018142,58,00,03200
Поэтому был проведен отжиг при температуре Т=400, 450 и 500С и
длительности τ =1 и 2 часа. Эти исследования показали, что отжиг в печи
при температуре 500 С проволоки, намотанной на катушки, дает возмож-
ность получить требуемый комплекс свойств (см. табл. 11).
С целью получения опытных партий проволоки из сплава 01417 диа-
метром 0,5 мм с требуемым комплексом физико-механических свойств на
предприятиях ООО «Завод современных материалов» и ООО «Альянс 2008»
были проведены опытно-промышленные исследования с применением мето-
да СПП. На основании проведенного ранее расчета силовых затрат и реали-
зуемости процесса, а также рекомендаций по режимам обработки и отжига,
были выбраны диаметр непрерывнолитой заготовки, температурные и техно-
логические параметры для деформации металла. Для реализации экспери-
ментов на установке СПП-400 с использованием рассчитанных по техниче-
скому решению конструктивных параметров деформирующего узла, был
разработан и изготовлен валковый и прессовый инструмент. На установке
СПП-400 обрабатывалась бухта непрерывнолитой заготовки, изготовленной
с помощью ЭМК, диаметром 18 мм из сплава 01417 весом 100 кг. Получен-
ный пруток диаметром 9 мм подвергали волочению до диаметра 0,5 мм с
промежуточными отжигами на промышленном волочильном стане барабан-
ного типа ООО «Альянс 2008». Было установлено, что прессование заготов-
ки, нагретой до 550 °С, при температуре валков и матрицы 200 °С и частоте
вращения валков 8 об/мин приводит к образованию температурных трещин,
поэтому частоту вращения валков снизили до 2 об/мин. Результаты испыта-
ний механических свойств проволоки в различном состоянии представлены в
табл. 12. Предложенные режимы обработки позволили получить промыш-
ленные партии проволоки диаметром 0,5 мм с требуемым уровнем свойств.

Таблица 12 – Физико-механические свойства проволоки диаметром 0,5 мм из
сплава 01417, полученной с применением установки СПП-400
СостояниеМеханические свойстваУдельное электро-
и режимы отжигаВременное сопротив- Относительноесопротивление,
ление разрыву, МПаудлинение, %Ом мм2/м
Нагартованное2571,30,03151
2601,20,03157
Отожженное, Т= 400С,16014,40,03134
τ = 4 часа15914,20,03137
Отожженное, Т= 450С,16015,60,03138
τ = 4 часа15715,20,03143
Отожженное, Т= 500С,16216,50,03139
τ = 4 часа15716,80,03132
ТУ 1-809-1038-2018142,58,00,03200

Для независимых испытаний свойств в соответствии с ГОСТ 10446
проведены замеры временного сопротивления разрыву, относительного
удлинения и удельного электросопротивления при комнатной температуре
для полученной проволоки в АО «ОКБ Кабельной промышленности» (г.
Москва). Результаты испытаний подтвердили вывод о соответствии физико-
механических свойств проволоки диаметром 0,5 мм из сплава 01417 в
отожженном состоянии требованиям ТУ 1-809-1038-2018.
Исследование термостойкости проволоки диаметром 0,5 мм из сплава
01417 проводили в испытательной лаборатории механических и климатиче-
ских испытаний образцов, материалов и компонентов ООО «ИК ЦТО»
(г. Новосибирск) при различных температурах 180, 240 и 310 оС и времени
выдержки 1 и 400 часов. В результате испытаний по методике ГОСТ Р МЭК
62004 установлено, что представленная на экспертизу проволока из сплава
01417, произведенная по указанной выше технологии, соответствует требо-
ваниям ТУ 1-809-1038-2018 и ТУ 181131-002-86474575-09 и может приме-
няться для изготовления токопроводящих жил проводов, предназначенных
для внутриблочного фиксированного монтажа специальной аппаратуры.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Проведен анализ тенденций развития, оборудования и технологий
производства длинномерных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов си-
стемы Al-РЗМ для производства кабельной продукции, предназначенной для
изготовления проводников, работающих в условиях повышенных темпера-
тур, на основании чего сформулированы цель и задачи диссертационной ра-
боты.
2. Изучены реологические свойства непрерывнолитых заготовок из
сплава 01417 малого диаметра 12 мм, изготовленных по различным режимам
литья в электромагнитном кристаллизаторе, и получены графические зави-
симости сопротивления деформации металла от скорости и степени дефор-
мации в заданном условиями эксперимента диапазоне их изменения.
3. Создана компьютерная 3D модель процесса совмещенной прокатки-
прессования для деформации заготовки круглого поперечного сечения и с ее
помощью изучены особенности формоизменения и распределения темпера-
тур в очаге деформации при различной частоте вращения валков с использо-
ванием данных по реологическим характеристикам сплава 01417.
4. Предложена методика экспериментально-аналитической оценки реа-
лизуемости процесса СПП и расчета силовых характеристик при деформации
заготовки круглого поперечного сечения, с применением которых определе-
ны конструктивные параметры валкового и прессового инструмента, а также
технологические режимы непрерывного прессования для проведения экспе-
риментальных исследований.
5. На основании результатов моделирования и оценки параметров сов-
мещенной прокатки-прессования для получения из непрерывнолитой заго-
товки диаметром 12 мм деформированных полуфабрикатов диаметром 5 мм
из сплава 01417 методом совмещенной прокатки-прессования с вытяжкой μ =
15,3 рекомендован следующий режим обработки: температура нагрева заго-
товки 550 °С; температура нагрева инструмента 200 °С; скорость вращения
валков 2-4 об/мин.
6. Путем экспериментальных исследований установлено, что примене-
ние операций сортовой прокатки и волочения непрерывнолитых заготовок
круглого поперечного сечения из сплава 01417, изготовленных с помощью
ЭМК, позволяет получать проволоку диаметром 0,5 мм с высоким уровнем
физико-механических свойств, сопоставимым с уровнем свойств проволоки,
полученной по гранульной технологии.
7. С использованием разработанных технологических режимов непре-
рывного литья в ЭМК, непрерывного прессования методами Конформ и
СПП, волочения, промежуточных и окончательных отжигов проведены экс-
периментальные исследования по получению опытных партий проволоки
диаметром 0,5 мм из сплава 01417 в лабораторных условиях.
8. На всех этапах этих экспериментальных исследований изучена
структура металла и установлены закономерности изменения временного со-
противления разрыву, предела текучести, относительного удлинения и
удельного электросопротивления длинномерных деформированных полу-
фабрикатов в виде горячепрессованных прутков и проволоки в холодноде-
формированном и отожженном состояниях в зависимости от режимов обра-
ботки.
9. С использованием промышленной установки непрерывного прессо-
вания Конформ TLJ 300 из длинномерного слитка диаметром 12 мм, полу-
ченного с помощью ЭМК, по производственным режимам отпрессованы в
два канала заготовки для волочения диаметром 2,65 мм, из которых даль-
нейшим волочением изготовили опытную партию проволоки диаметром 0,5
мм из сплава 01417, свойства которой при разработанных параметрах окон-
чательного отжига (температура 500 оС, длительность 2 и 4 часа) соответ-
ствовали техническим условиям ТУ 1-809-1038-2018.
10. С использованием технологической схемы ЭМК-СПП-волочение на
установке СПП-400 в промышленных условиях из непрерывнолитой заготов-
ки диаметром 18 мм, полученной с помощью ЭМК, отпрессован пруток диа-
метром 9 мм, из которого изготовили проволоку диаметром 0,5 мм из сплава
01417, которая также соответствовала указанным выше техническим услови-
ям, при этом были разработаны новые деформационные режимы непрерыв-
ного прессования и маршруты волочения, а также режимы промежуточного и
окончательного отжигов.
11. Результаты исследований по получению проволоки авиационного
назначения из сплава 01417 подтверждены актами промышленной апробации
на предприятиях СОАО «Гомелькабель» (г. Гомель) и ООО «Завод совре-
менных материалов» (г. Красноярск), протоколами испытаний механических,
электрических свойств и термостойкости, выполненных АО «ОКБ Кабельной
промышленности» (г. Москва) и ООО «ИК ЦТО» (г. Новосибирск), а также
заключением АО «ОКБ Кабельной промышленности» об успешном исполь-
зовании данной проволоки для изготовления токопроводящих жил монтаж-
ных проводов, применяемых в аппаратуре специального назначения.
12. Результаты исследований внедрены в учебный процесс СФУ и ис-
пользуются для подготовки магистров по направлению 22.04.02 Металлургия
и аспирантов по специальности 05.16.05 Обработка металлов давлением.