Год издания: 2022
Ключевые слова: алюминиевые сплавы, цирконий, церий, поведение при деформации, прокатка, экструзия, бесслитковая прокатка-прессование, свойства при высокой температуре, микроструктура, термическая стабильность, жаропрочность, моделирование влияния температуры, интерметаллиды, временное сопротивление разрыву, электропроводность
Аннотация: Развитие современной электротехники, автомобильной промышленности, транспортных систем и авиации приводит к постоянному росту спроса на катанку, прутки и проволоку из алюминиевых сплавов с повышенной удельной прочностью, термической стабильностью и электропроводностью, сохраняющихся после нагревов до 250 °С и выше. ??Основная научнПоказать полностьюая проблема организации производства продукции такого качества состоит в трудности достижения высокого уровня взаимообратных свойств, так как для увеличения термической стойкости и прочности при эксплуатации проводов необходимо одновременное легирование сплава и увеличение интенсивности деформации в процессе изготовления, что в обоих случаях приводит к существенному снижению электрической проводимости, в то время как двухступенчатый отжиг позволяет повысить электропроводность, однако при этом существенно снижается прочность. В тоже время известные сплавы, применяемые в аэрокосмической промышленности, в частности сплав 01417 с содержанием 7% редкоземельных металлов (РЗМ) обладает хорошим сочетанием прочности, термостойкости и удельного электрического сопротивления, тем не менее технология изготовления из него проволоки включает большое количества переделов, что повышает стоимость и ограничивает применение только производством самолетов тяжелой авиации типа Boeing, спутниковых систем и ракетостроением. Поэтому актуальной задачей является создание новых составов сплавов с пониженным содержанием дорогостоящих легирующих элементов и расширенным спектром применения, а также определение деформационных режимов их обработки.??Второй серьезной проблемой современного отечественного производства является нехватка производственных мощностей для изготовления алюминиевой катанки, являющейся заготовкой при волочении проволоки. Прежде всего это связанно с использованием литейно-прокатных агрегатов (ЛПА), введённых в эксплуатацию в 70-ых годах и не позволяющих обрабатывать новые высокопрочные сплавы, так как их конструкция изначально рассчитана на обработку более пластичных сплавов. В то время как производственные мощности отечественных предприятий составляют 300 тыс. тон в год и не используются в полной мере. Решение данной задачи требует существенной модернизации, проектирования и внедрения новых отечественных конструкций ЛПА, либо введения в производство высокоэффективных линий импортных компаний SouthWire и Continuus Properzi, что связано с большими капиталовложениями и потерями времени на модернизацию.??В качестве альтернативы описанным технологиям авторы заявки предлагают новую технологию бесслитковой прокатки-прессования (БПП), позволяющую объединить в одном технологическом цикле операции литья, прокатки и прессования, сократить количество переходов сортовой прокатки с 16-ти до 1-го (традиционная технология ЛПА) и обеспечить одновременный рост прочностных и пластических свойств за счет знакопеременной сдвиговой деформации в процессе обработки.??Исследование в рамках проекта предполагает разработку составов термостойких алюминиевых сплавов с сравнительно небольшим содержанием переходных и редкоземельных металлов за счет комплексного легирования цирконием, церием и железом, а также режимов совместной обработки методами бесслитковой прокатки-прессования (БПП), волочения и двухступенчатого отжига, обеспечивающих более стабильные эксплуатационные характеристики проволоки при нагреве до 300 °С, высокую производительность и меньшие энергетические затраты по сравнению с ЛПА.??Научная новизна предлагаемого технологического решения состоит: во-первых, в определении закономерностей влияния сдвиговой деформации в процессе бесслитковой прокатки-прессования (БПП) на структуру и свойства прутков, необходимых для обеспечения требуемого качества проводниковой проволоки при меньших энергетических затратах; во-вторых, разработке новых составов алюминиевых сплавов с содержанием 0,1-0,3% циркония, 0,3-3,3% церия и 0,2-1,5% железа для обеспечения более высокого уровня прочности и термостойкости по сравнению со стандартными электротехническими сплавами применяемыми в строительстве зданий, ЛЭП и городского транспорта; в-третьих, расширении спектра коммерческих сплавов системы Al-Cе необходимых для малой авиации, робототехники и транспортных систем; в-четвертых, обосновании параметров совместной деформационно-термической обработки методами волочения и двухступенчатого отжига после БПП для обеспечения труднодостижимого комплекса свойств проводниковой проволоки, отвечающего требованиям международных стандартов ASTM и IEC; в-пятых, получении проволоки с повышенным уровнем термостойкости и высокой электропроводностью за счет эффекта при введении в сплав церия в концентрации 0,3-0,5%.