Красноярские 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
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. А 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.
ПРУТКИ ИЗ ВТОРИЧНЫХ ОТХОДОВ
Практически все отечественные заводы изготавливают изделия из алюминиевых сплавов из слитков, модифицированных такими прутками. Однако эти прутки 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 из 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 он 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.
С СОПОСТАВИМОЙ ПРОЧНОСТЬЮ
Ученые с помощью компьютерного моделирования определили температурно-скоростные и деформационные параметры процесса и мощность приводного двигателя установки. Затем на их основе сконструировали установку и провели на ней экспериментальные исследования для получения 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 Сергей Сидельников, заслуженный изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор кафедры «Обработка металлов давлением» Института цветных металлов Сибирского федерального университета.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале «Металлург»