Прутки из углеродистых марок стали является одним из основных видов продукции метизного передела черной металлургии и массово применяются практически во всех отраслях экономики как в виде товарной продукции, так и в виде изделий из нее. Для обеспечения эффективного применения, устойчивого экспорта и реального импортозамещения прутки должны иметь высокую конкурентоспособность, основными направлениями которой являются снижение материало- и энергоемкости, разработка и изготовление перспективного оборудования для технологического перевооружения существующих и строительства новых предприятий. В связи с этим необходимо разрабатывать и исследовать новые более эффективные пути повышения прочностных и эксплуатационных свойств прутков за счет создания новых технологий обработки или совершенствования традиционных. Поэтому разработка новых совмещённых способов обработки давлением, позволяющих существенно повысить уровень проработки исходного материала является актуальной задачей.

Разработка и исследование новой совмещенной технологии деформирования, сочетающей в себе технологию радиально-сдвиговой протяжки и волочения для повышения механических и эксплуатационных свойств прутков из углеродистой стали.

По результатам научных исследований будет опубликовано не менее 4 (четырех) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в Science Citation Index Expanded базы Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 35 (тридцати пяти). Кроме этого будет опубликована 1 (одна) статья в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном КОКСНВО. Результаты исследований будут доложены на международных европейских конференциях в Болгарии, Польше или других международных конференциях дальнего зарубежья, а также на международных конференциях в России, Белоруссии и Казахстане. На основании полученных результатов будет подана заявка на получение патента РК на полезную модель. По итогам выполнения проекта будут разработаны рекомендации по реализации новой совмещенной технологии деформирования, сочетающей в себе технологию радиально-сдвиговой протяжки и волочения для получения прутков с повышенными эксплуатационными свойствами, а также получен акт внедрения, который будет содержать данные об ожидаемом социально-экономическом эффекте. Результатами исполнения проекта будут являться: новые, научно обоснованные знания о новой разработанной инновационной совмещенной технологии, сочетающей в себе технологию радиально-сдвиговой протяжки и волочения, которая позволит получать длинномерные заготовки с градиентной структурой и повышенным уровнем механических и эксплуатационных свойств. А также, новые научные знания о поведении углеродистой стали в условиях сложного напряженно-деформированного состояния и влияние этих факторов на получение градиентной микроструктуры и свойства обрабатываемого материала, что представляет существенный интерес для обработки металлов давлением и материаловедения. Применение совмещенной технологии позволит добиться требуемых механических свойств изделия за меньшее число циклов обработки, что позволит снизить затраты энергоресурсов. Комбинирование радиально-сдвиговой деформации и волочения позволит получать прутки с повышенными механическими характеристиками и эксплуатационными свойствами, что в первую очередь приведет к увеличению максимально допустимых нагрузок в железобетонных конструкциях, а также при сохранении требуемых условий эксплуатации железобетонных конструкций позволить снизить металлоемкость сооружений, за счет использования армирующих элементов меньшего диаметра с сохранением их механических характеристик. В случае дальнейшего развития и внедрения в промышленность разработанной в рамках данного проекта инновационной совмещенной технологии, возможно, создание инновационного производства и появление новых рабочих мест. Кроме того, полученные результаты исследований будут использоваться бакалаврами, магистрантами и докторантами PhD в учебном процессе и при проведении своих научных исследований в направлении получения материалов с уникальными или повышенным уровнем физико-механических свойств.

1) Проведен аналитический обзор способов и процессов, позволяющих получать градиентную структуру и повышенные прочностные свойства в длинномерных заготовках. В обзоре были рассмотрены следующие методы получения градиентных структур: интенсивная пластическая деформация металлов, процесс активного сгиба меди, образование градиентой структуры в стали 50ХГФА и стали системы Fe-C-Mn-Cr-Ni-Mo с применением газообразных, жидких или пороховых прекурсоров. Кроме того, было изучено влияние градиентов размера, текстуры и способности к росту зерна на механизмы деформации и механические свойства градиентно-наноструктурированных материалов. Сочетание структурной градиентности и проявления других эффектов при термической обработке может представлять интерес для управления локальными и эксплуатационными свойствами прутков. 2) Разработана новая инновационная технология деформирования, сочетающая в себе технологию радиально-сдвиговой протяжки и волочение. Вместо распространённой радиально-сдвиговой прокатки в нашем случае мы осуществляем протяжку прутка на стане винтовой прокатки. Так как за счет протягивания заготовки одновременно через скрещивающиеся валки и волоку возникают растягивающие напряжения, которые приводят к уменьшению усилия волочения. За счет растягивающих напряжений вдоль заготовки происходит более равномерное формирования профиля протягиваемой заготовки. При протягивании заготовка деформируется в поперечном сечении за счет протягивании ее через конусные ролики, которые располагаются под углом 120о к друг другу. Поверхностные слои заготовки испытывают радиальное скручивание, что в совокупности с обжатием дает высокую степень деформации, позволяя добиваться лучшей проработки поверхности. А в совокупности с радиально-сдвиговой деформацией большее измельчение структуры. 3) Построена трехмерная модель совмещенной технологии радиально-сдвиговой протяжки с последующим волочением в Компасе 3Д для последующего математического моделирования. 4) Построены компьютерные модели совмещенной технологии радиально-сдвиговой протяжки с последующим волочением и определены технологические и геометрические рациональные параметры, обеспечивающие наилучшие напряженно-деформированное состояние и энергосиловые параметры процесса. 5) Создана экспериментальная установка для реализации совмещенной технологии радиально-сдвиговой протяжки с последующим волочением и проведена ее сборка. 6) На основании разработанных в разделе 6 чертежей были изготовлены детали и сама совмещенная установка. Вначале было изготовлено тянущее устройство для протягивания прутка через валки стана радиально-сдвиговой прокатки РСР-10/30 и фильеру. В блоке деформации стана происходит не только протяжка прутка, но он еще содержит волокодержатель с фильерой для волочения. Фильеры меняются в зависимости от диаметра прутка. 7) Проведены лабораторные эксперименты по реализации совмещенной технологии радиально-сдвиговой протяжки с последующим волочением прутков на полупромышленном лабораторном оборудовании. 8) Для исследования эффективности разработанной технологии был проведен лабораторный эксперимент на отожжённых прутках из углеродистой стали марки AISI 1045. Перед деформированием прутки отжигали при температуре 740оС в течении 30 мин для получения более однородной структуры и устранения влияние остальных переделов производства.