AP19678974 «Разработка и исследование влияния совмещённой технологии радиально-сдвиговой протяжки и волочения на свойства прутков из углеродистой стали»

1) 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

2) 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

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 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.

1. Волокитин А.В., Федорова Т.Д., Лавринюк Д.Н., Денисова А.И. Способы получения градиентной структуры в прутках. Перспективные материалы и технологии: материалы международного симпозиума, Минск, 2023, С. 336.

2. Volokitina I.E., Denissova A.I., Volokitin A.V., Panin E.A. Methods for Obtaining a Gradient Structure. Progress in Physics of Metals, 2024, 25, No. 1: 132-160, — https://doi.org/10.15407/ufm.25.01.132 (Scopus, 65-й процентиль, Q3)

3. Volokitina I., Volokitin A., Denissova A. Development of a new technology for carbon steel bars processing. International journal for science, technics and innovations for the industry. Machines. Technologies. Materials. 2024, 2, P. 70-72.