ИССЛЕДОВАНИЕ СОВМЕЩЕННЫХ ПРОЦЕССОВnОБРАБОТКИ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Zr ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯnДЛИННОМЕРНЫХ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВnЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….…….4

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР……………………………………………………………..9
1.1. Современное состояние производства деформированных полуфабрикатов
электротехнического назначения из алюминия и его сплавов….………………..…9
1.2. Анализ свойств сплавов системы Al-Zr и особенностей технологии изготовле-
ния из них литых и деформированных полуфабрикатов.………………….…….…19
1.3. Технологии и оборудование для производства деформированных полуфабри-
катов из алюминия электротехнического назначения.…………………………..…29
1.4. Выводы по главе ………………………………..…………………………………44

2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.…45
2.1. Сплавы для проведения экспериментальных исследований………….……….45
2.2. Изготовление опытных образцов методами совмещенной обработки….……47
2.3. Методика определения электрического сопротивления и исследование термо-
стойкости экспериментальных образцов ………………………………………………55
2.4. Методика исследования механических свойств образцов ……………….……58
2.5. Методика проведения металлографических исследований……………………59

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СОВМЕЩЕННОЙ ПРОКАТКИ-
ПРЕССОВАНИЯ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Zr…….……………………………..……63
3.1. Теоретическое исследование условий реализации процесса совмещенной про-
катки-прессования на основе сопоставления активной и реактивной составляю-
щих уравнения баланса мощностей…………………………………………………………………..63
3.2. Моделирование процесса совмещенной прокатки-прессования сплавов систе-
мы Al-Zr в программном комплексе DEFORM® 3D…………..………………………72
3.3. Экспериментальные исследования структуры и свойств полуфабрикатов, по-
лученных из сплавов системы Al-Zr с применением совмещенной прокатки-
прессования ……….…………………………………………………………………………76
3.4. Новые технические решения для совершенствования процесса совмещенной
прокатки-прессования ………..……………………………………………………….95
3.5. Выводы по главе …………………..………………………………..……….…..108

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СОВМЕЩЕННОГО ЛИТЬЯ И ПРОКАТКИ-
ПРЕССОВАНИЯ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Zr…………………………………………………110
4.1. Аналитическая оценка силовых условий процесса СЛиПП при различных ва-
риантах прижима матрицы к валкам………………………………………………….110
4.2. Экспериментальные исследования структуры и свойств полуфабрикатов, по-
лученных из сплавов системы Al-Zr с применением совмещенного литья и про-
катки-прессования.…………………………………………………………………..120
4.3. Новые технические решения для совершенствования процесса совмещенного
литья и прокатки-прессования.………………………………………………………123
4.4. Выводы по главе ………………………………………………………..………129

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СОВМЕЩЕННОЙ ОБРАБОТКИ И ИНТЕН-
СИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Zr……..131
5.1. Моделирование процесса обработки сплавов системы Al-Zr с применением
процессов совмещенной обработки и интенсивной пластической деформации в
программном комплексе DEFORM® 3D.…………………………………………………..131
5.2. Экспериментальные исследования структуры и свойств полуфабрикатов, по-
лученных из сплава системы Al-Zr с применением процессов совмещенной обра-
ботки и интенсивной пластической деформации.……………………………………….137
5.3 Новые технические решения для реализации процессов совмещенной обра-
ботки и интенсивной пластической деформации металла ……………………….143
5.4. Выводы по главе ……………….…………………………..……….…………..147

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………..……………..…..149
Список использованных источников……………………………………………….…..152
Приложение А……………………………………………………..……..………………170
Приложение Б……………………………………………………..……..………………171
Приложение В……………………………………………………..……..………………175
Приложение Г……………………………………………………..……..………………177
Приложение Д……………………………………………………..……..………………180

Производство продукции в виде длинномерных изделий
электротехнического назначения для изготовления кабельной продукции имеет
стойкую тенденцию к росту, что подтверждают данные статистических
исследований. Однако этот рост сдерживается из-за наличия парка устаревшего
оборудования и отсутствия технологических разработок для внедрения в
производство алюминиевых сплавов с повышенными механическими и
электрофизическими свойствами. В связи с этим была выполнена настоящая
диссертационная работа, включающая создание комплекса новых технических и
технологических решений на базе применения совмещенных процессов
обработки сплавов системы Al-Zr и их научное обоснование.
С учетом вышеизложенного на основании выполненных теоретических и
экспериментальных исследований сделаны выводы и получены следующие
основные результаты.
1. На основе решения теоретической задачи по определению реализуемости
совмещенной прокатки-прессования с применением метода баланса мощностей и
с использованием компьютерной модели определены проектные параметры
оборудования, деформационные и температурно-скоростные условия обработки,
позволяющие реализовать процесс в устойчивом режиме и получать
деформированные полуфабрикаты из сплавов системы Al-Zr с требуемым
уровнем механических и электрических свойств.
2. С помощью программного комплекса DEFORM® 3D созданы
компьютерные модели и проведено моделирование процесса СПП и совмещенной
обработки с последующей интенсивной пластической деформацией, что
позволило выбрать технологические параметры для экспериментальных
исследований и получить опытные партии катанки с ультрамелкозернистой
структурой и высокими прочностными характеристиками.
3. Разработаны новые устройства для совмещенной обработки
алюминиевых сплавов, защищенные 7 патентами РФ, которые позволяют за счет
усовершенствования их конструкции, формы и способов охлаждения инструмента
повысить производительность процесса и увеличить выход годного металла.
4. С использованием новых технических решений сконструирована и
изготовлена лабораторная установка СЛиПП-2,5, для которой на основании
аналитической оценки силовых условий процесса предложено применение
дополнительного компенсирующего устройства в виде вертикального
гидроцилиндра, позволяющего исключить неравномерное силовое воздействие на
рабочий инструмент во время работы установки, и гарантирующего
регламентируемую толщину зазора между валками и матрицей.
5. С использованием способов совмещенной прокатки-прессования и
совмещенного литья и прокатки-прессования проведены экспериментальные
исследования по получению длинномерных деформированных полуфабрикатов из
сплавов системы Al-Zr и изучению влияния режимов приготовления и обработки,
а также химического состава сплавов на их структуру, механические и
электрофизические свойства, на основании которых подготовлен
технологический регламент производства катанки из алюминия и его сплавов
(Приложение Б).
6. Получены опытные партии катанки и проволоки, соответствующие
требованиям международных стандартов, которые характеризуются высокой
технологичностью обработки при холодной деформации металла, отсутствием
промежуточных отжигов, удовлетворительной термостойкостью и
электропроводностью (Приложение В, Г).
7. На основании проведенных экспериментальных исследований по
получению деформированных полуфабрикатов из сплавов системы Al-Zr
рекомендованы для промышленного внедрения сплавы с содержанием циркония и
железа на уровне 0,15 – 0,20% Zr и 0,10 – 0,15% Fe для изготовления проволоки
типа АТ1 по стандарту IEC 62004-07 без термической обработки, а также 0,25 –
0,30% Zr и 0,2 – 0,25% Fe для состояния проволоки АТ3 с термической
обработкой.
8. Деформированные полуфабрикаты, полученные способом совмещенной
прокатки-прессования отличаются повышенными прочностными
характеристиками и достаточной технологичностью при дальнейшей холодной
обработке, а прутки и проволока, полученные способом совмещенного литья,
прокатки и прессования, обладают более высокими пластическими свойствами и
электропроводностью.
9. Сочетание при обработке сплавов системы Al-Zr методов совмещенной
обработки и способов интенсивной пластической деформации позволяют
добиться дополнительного повышения прочностных характеристик
деформированных полуфабрикатов из сплавов системы Al-Zr и достичь при
изготовлении проволоки требований стандарта IEC 62004-07 по типу АТ2.
10. Результаты исследований внедрены в учебный процесс СФУ
(Приложение А) и проходят промышленную апробацию на установке СЛиПП в
условиях Иркутского алюминиевого завода (Приложение Д).