Сплавные времена: ученые нашли революционный метод создания изделий из алюминия

Ученые создали первую в мире установку, совмещающую литье, прокатку и прессование, благодаря чему она может производить новые изделия из расплавов алюминия и отходов его производства быстрее и дешевле. Метод снизит себестоимость изготовления длинномерных изделий — прутков, проволоки и других. Эксперты высоко оценили перспективы использование технологии и отметили, что она будет экономически выгодна предприятиям.

Изделия из алюминия

Ученые из Сибирского федерального университета (Красноярск) создали установку для изготовления изделий из сплавов алюминия методом бесслитковой прокатки. Это процесс производства металлоизделий, который совмещает несколько стадий обработки металла в одной операции.

Как рассказали разработчики, это первый в мире агрегат, в котором одновременно осуществляются литье, прокатка и прессование. Благодаря этому установка позволяет получать заготовки в виде прутков, в том числе из вторичных отходов алюминиевых сплавов, например обрезков и стружки, что в конечном счете приводит к снижению себестоимости готовых изделий.

В установке есть печь-миксер, где сплав алюминия расплавляется, а также деформирующий узел, с помощью которого расплав заливается в водоохлаждаемые валки. Здесь расплав 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.

— Мы подали заявку на два патента, так как способ и устройство для бесслитковой прокатки-прессования прутков из алюминиевых сплавов разработаны впервые, — рассказал «Известиям» заслуженный изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор кафедры «Обработка металлов давлением» Института цветных металлов СФУ Сергей Сидельников.

Как алюминий делают крепче

Как пояснили «Известиям» разработчики, 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. Чтобы исключить этот недостаток, к алюминию добавляют дополнительные элементы и таким образом получают сплавы. Для большей устойчивости к деформации слитки улучшают, вводя при литье прутки-модификаторы из сплава алюминия с титаном и бором.

Практически все отечественные заводы изготавливают изделия из алюминиевых сплавов из слитков, модифицированных такими прутками, рассказали ученые. Однако их закупают за границей по довольно высокой цене, так как их производство в нашей стране еще не налажено. Поэтому задача замены импортной продукции очень актуальна.

В процессе работы ученые с помощью компьютерного моделирования определили температурно-скоростные и деформационные параметры процесса и мощность приводного двигателя установки. Затем с их использованием сконструировали агрегат и провели на нем экспериментальные исследования по получению 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 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, — сказал Сергей Седельников.

Метод бесслитковой прокатки

Метод бесслитковой прокатки-прессования (БПП) позволяет добиться экономии энергии при получении деформированных полуфабрикатов за счет исключения операций отжига и технологических нагревов при деформации слитков, полученных с применением традиционных технологий, рассказал «Известиям» старший научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением НИТУ МИСИС Торгом Акопян.

— Возможность вовлечения вторичного сырья при использовании данной технологии также может позволить повысить экономическую эффективность метода. Производство лигатурных прутков для модифицирования структуры промышленных сплавов в случае достижения целевых характеристик изделия и производительности технологии БПП может найти широкое применение в алюминиевой промышленности России, — сказал специалист.

Разработанная технология походит для производства различных изделий из прутков, рассказал «Известиям» доктор технических наук, профессор, заместитель заведующего лабораторией «Механика градиентных наноматериалов им. А.П. Жиляева» Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова Александр Песин.

— Эта технология позволяет получать экономическую выгоду, она позволяет резко ускорить литье и прокатку, сократив время на эти процессы. Также она дает возможность использовать отходы производства в виде прутков и стружки, что существенно сокращает затраты, — отметил эксперт.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале «Металлург».