AP19676903 «Разработка инновационной технологии скручивания в равноканальной ступенчатой матрице с последующим волочением

1) Волокитин Андрей Валерьевич – PhD, доцент кафедры «Обработка металлов давлением», старший научный сотрудник.

Scopus ID: 56524247500  

ResearcherID: U-8580-2018

https://orcid.org/0000-0002-0886-3578

2) Волокитина Ирина Евгеньевна – PhD, профессор кафедры «Металлургия и материаловедение», руководитель проекта.

Scopus ID: 55902810800  

ResearcherID: G-4526-2018  

https://orcid.org/0000-0002-2190-5672

3) Панин Евгений Александрович – PhD, профессор кафедры «Обработка металлов давлением», старший научный сотрудник.

Scopus ID: 55903153300  

ResearcherID: B-7581-2015 

https://orcid.org/0000-0001-6830-0630

4) Федорова Татьяна Дмитриевна – магистр, научный сотрудник.

Scopus ID: 57222628232

5) Лавринюк Дмитрий Николаевич – мастер термического отделения ЛПЦ-2 АО «Кармет», младший научный сотрудник.

Scopus ID: 57223636463

6) Денисова Анастасия Игоревна – докторант по специальности «Нанотехнологии и наноматериалы», младший научный сотрудник.

Scopus ID: 57430197600

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 скручивания в равноканальной ступенчатой матрице с последующим волочением для получения проволоки 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 скручивания в равноканальной ступенчатой матрице с последующим волочением, которая позволит получать длинномерную проволоку с градиентной структурой и повышенным уровнем механических и эксплуатационных свойств. А также, новые научные знания о поведении материалов в условиях сложного напряженно-деформированного состояния и влияние этих факторов на получение градиентной микроструктуры и свойства обрабатываемых материалов, что представляет существенный интерес для обработки металлов давлением и материаловедения. В случае дальнейшего развития и внедрения в промышленность разработанной в рамках данного проекта инновационной совмещенной технологии, возможно, создание инновационного производства без существенной модернизации существующей линии оборудования 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 повышенные прочностные и эксплуатационные свойства в длинномерных заготовках. А также анализ особенностей технологических схем интенсивной пластической обработки.

При волочении проволоки среднего и большого сечения использование больших обжатий и, следовательно, большого количества циклов деформирования нецелесообразно, так как исходный диаметр проволоки ограничен, а увеличение числа проходов приводит к уменьшению диаметра проволоки. Поэтому в последние два десятилетия большое внимание исследователей уделяется получению ультрамелкозернистых структур в металлах и сплавах методами интенсивных (больших) пластических деформаций, в связи с возможностями резкого до 2-5 раз повышения в них прочности. На сегодняшний момент к технологиям, наиболее эффективно измельчающим структуру, относятся методы, которые при многоцикловой обработке реализуют схему простого сдвига. Однако, несмотря на большое количество разработанных способов, и проведенных исследований, все разработанные на сегодняшний день методы интенсивной пластической деформации имеют много различных недочетов, самым главным, из которых является ограничение заготовки по размеру. Поэтому развитие и разработка новых процессов получения высокопрочных материалов с улучшенными прочностными свойствами является актуальным и важным вопросом для развития производства. В связи с этим использование усовершенствованного метода волочения, сочетающего в себе способы кручения, реализующие схему простого сдвига и классического процесса волочения через фильеру, позволяет расширить границы применения традиционных конструкционных материалов.

2) Выбран и обоснован сплав меди, обладающий высокой термостабильностью, прочностью, пластичностью, электропроводностью и износостойкостью.

Последние достижения электронной промышленности привлекли внимание исследователей к разработке сплавов на основе меди, обладающих высокой прочностью и хорошей электропроводностью. Высокая прочность и хорошая электропроводность это два противоположных условия для медных сплавов. Основное количество исследований сосредоточено на добавлении легирующих элементов (например, Cr, Ag, Zr, Nb и Co) в чистую медь. Легирование является традиционным методом упрочнения, которое приводит к появлению в матрице меди различных типов дефектов (например, дислокаций, точечных дефектов), которые увеличивают рассеяние электронов проводимости и повышают удельное электрическое сопротивление. Поэтому был выбран сплав HRSC, который бладает высокой теплопроводностью и электропроводностью, а также отличными показателями прочности и технологичности. Имеет хорошую обрабатываемость при гибке, прессовании и волочении. А также сохраняет первоначальную прочность, несмотря на нагрев при температуре 400 ℃.

3) Разработана совмещенная технология деформирования проволоки. Суть технологического процесса заключается в деформировании проволоки во вращающейся равноканальной ступенчатой матрице и последующего волочения. Матрица вращается вокруг оси проволоки и тем самым создает напряжение за счет равноканальной угловой протяжки и скручивания в матрице. Вращение матрицы осуществляется в специально разработанном механизме, который устанавливается в линию оборудования волочильного стана в блок с технологической смазкой, что позволяет осуществлять подачу смазки в матрицу и фильеру в блоке волочения.

4) Построены компьютерные модели   совмещенной технологии скручивания в равноканальной ступенчатой матрице с последующим волочением и определены  рациональные параметры, обеспечивающие наилучшие напряженно-деформированное состояние и энергосиловые параметры процесса.

1. Волокитин А.В., Федорова Т.Д., Лавринюк Д.Н., Денисова А.И. Методы получения ультрамелкозернистой структуры в проволоке. Перспективные материалы и технологии: материалы международного симпозиума, Минск, 2023, С. 337-339

2. Volokitina, I., Volokitin, A., Panin, E., Fedorova T., Lawrinuk D., Kolesnikov A., Yerzhanov A., Gelmanova, Z., Liseitsev, Y. Improvement of strength and per-formance properties of copper wire during severe plastic deformation and drawing process. Case Studies in Construction Materials, 2023, 19, — https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02609 (Scopus, 71-й процентиль, Q1)

3. Волокитин А.В., Волокитина И.Е., Федорова Т.Д., Латыпова М.А., Лавринюк Д.Н. Анализ влияния скручивания в равноканальной ступенчатой матрице и волочения на механические свойства медной проволоки. Металлург, 2024, №4. С. 30-34 (ВАК РФ)

4. Volokitina I., Volokitin A., Denissova A. Development of copper wire de-formation technology. International journal for science, tech-nics and innovations for the industry. Machines. Technologies. Materials. 2024, 1, P. 7-9.