Регистрация / Вход
Прислать материал

14.586.21.0025

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.586.21.0025
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Название доклада
Исследование перспективных для промышленного использования совмещенных методов интенсивной деформации сдвигом
Докладчик
Рааб Георгий Иосифович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью проекта является создание научно-технических основ получения полуфабрикатов из медных сплавов электротехнического применения с повышенными физико-механическими свойствами совмещенными методами интенсивной пластической деформации (ИПД): сдвиговой деформацией с редукционной обработкой и/или с ультразвуковым воздействием.
Поставлены задачи исследования:
1) Математическое моделирование совмещенных методов ИПД
На основе полученных результатов будет оптимизирован технологический процесс обработки ИПД и получены наиболее рациональные параметры обработки.
2) Исследование и внедрение ультразвукового воздействия в процесс обработки медных сплавов методами ИПД
Будет исследовано воздействие ультразвука на комплекс физико-механических свойств медных сплавов электротехнического назначения, произведен расчет необходимых параметров данной обработки.
3) Реологические исследования
Полученные результаты будут использованы для получения более достоверных данных на стадии проведения виртуальных исследований.
4) Подготовка и проведение физического эксперимента
Будут выполнены работы по изготовлению опытно–экспериментальной оснастки для реализации совмещенных методов ИПД.
5) Исследования параметров микроструктуры
Данные исследования предоставят информацию о параметрах микроструктуры образцов.
6) Определение механических свойств экспериментальных образцов
Механические испытания на растяжения должны предоставить информацию о механическом поведении данных материалов.
7) Определение функциональных свойств ультрамелкозернистых (УМЗ) образцов
На полученных образцах будет проводиться определение их удельной электропроводности и удельного электрического сопротивления.
Актуальность и новизна исследования
Современные высокотехнологичные отрасли промышленности предъявляют высокие требования к технологичности процессов, связанных с пластической обработкой металлических материалов. В связи с этим в последние годы активно развиваются и разрабатываются новые методы получения конструкционных и функциональных металлических материалов с целью получения полуфабрикатов с повышенным комплексом физико-механических свойств.
Методы ИПД приводят к получению продукции с повышенными механическими свойствами за счет измельчения исходной структуры. Измельчение структуры может положительно влиять и на физические свойства, так, например, в термически упрочняемом наноструктурном (НС) алюминиевом сплаве отмечается увеличение проводимости после интенсивной деформации и последующей термообработки. Однако даже использование перспективных методов, таких как равноканальное угловое прессование по схеме «Конформ» (РКУП-Конформ), не обеспечивает высокую экономическую эффективность, т.к. для формирования повышенных механических свойств требуется многократное воздействие на заготовку, как правило, это четыре и более циклов обработки для накопления требуемой суммарной величины деформации е≥4.
Более эффективны как с экономической стороны, так и с точки зрения интенсивности упрочнения, совмещенные методы интенсивной деформации, когда в очаге деформации одновременно реализуются схемы растяжения/сжатия и сдвига. Поэтому в исследованиях предполагается использование и совершенствование совмещенных методов, реализующих в очаге деформации схему сдвига и растяжения, сдвига и ультразвукового воздействия, позволяющих заметно интенсифицировать процесс измельчения исходной структуры за один цикл обработки.
Описание исследования

Для проведения исследований участники проекта имеют целый комплекс (на базе Уфимского государственного авиационного технического университета, а также  Жилинского университета) аналитического, измерительного и технологического оборудования для исследования, аттестации структуры и физико-механических свойств НС и УМЗ материалов.

Для закупленных материалов был произведен химический анализ на оптико-эмиссионном анализаторе для подтверждения соответствия химического состава прилагаемым сертификатам качества.

Следующим этапом была проведена аттестация механических свойств исходного материала. На механическом участке в УГАТУ были изготовлены образцы для механических испытаний на растяжение согласно ГОСТ 1497-84. Далее были проведены испытания на испытательной установке «INSTRON 1185», и полученные результаты были обработаны. 

Для проведения для металлографических и электронно-микроскопических исследований проводятся необходимые операции подготовки образцов. Для этого  в лаборатории пробоподготовки есть различное оборудование, включая автоматический комплекс для струйной полировки и шлифовки «TenuPol 5», шлифовально-полировальные станки «LaboPol-25», полировальный станок «НЕРИС», а также приборы для ручной полировки и шлифовки «Шлиф-2M» с возможностью работы при криогенных температурах.

Для приготовления фольг, а также для подготовки образцов для механических испытаний используется станок электроэрозионной резки «АРТА 120» с цифровым программным управлением, обладающий высокой скоростью и точностью.

После проведения подготовки образцов они передаются в лабораторию электронной микроскопии, оборудованную высокоразрешающим просвечивающим электронным микроскопом JEM-2100, а также растровыми электронными микроскопами JSM-6390 и JSM-6490LV, оснащенными приставкой INCA для энергодисперсионного анализа, позволяющей проводить элементный химический анализ. Анализаторы дифракции обратно-рассеянных электронов и специальное программное обеспечение позволяют проводить автоматический анализ кристаллографических ориентировок отдельных кристаллитов с построением спектра разориентировок.

Для проведения термических обработок используется оборудование термической лаборатории, в которой имеются электропечи лабораторные SNOL 8.2/1100, КS-600, СШОЛ, СНОЛ.

Для проведения рентгеноструктурного анализа в дальнейшем будет использована лаборатория, оснащенная дифрактометрами ДРОН-3М, ДРОН-4 и Rigaku Ultima IV (производства Японии). Они оснащены специальной приставкой для текстурного анализа, программным обеспечением для анализа функций распределения разориентировок, анализа уширения рентгеновской линии с определением размера областей когерентного рассеяния и величины среднеквадратичных микроискажений кристаллической решетки.

Для  выполнения детального анализа структурных и фазовых превращений в исследуемых материалах, проведения анализа кинетики выделения и растворения вторичных фаз, возврата и рекристаллизации структуры деформированных образцов будет использоваться оборудование лаборатории оптической микроскопии, оснащенной микроскопом Olympus GX51 с фотомикрографической системой DP71 для получения цифровых изображений с ультравысоким разрешением и программным обеспечением  для анализа изображений, микроскопом Olympus GX41 GX41 с фотокамерой серии ALTRA с разрешением 2 мегапикселя и системой анализа изображений, а также Фурье-спектрометром вместе с зондовыми микроскопами INTEGRA Prima, оборудованными программным обеспечением для качественного и количественного анализа изображений. Кроме того, данные лаборатории оснащены автоматическими микротвердомерами по Викерсу Duramin-2, Micromet 5101 для измерений твердости в соответствии с ГОСТ 2999-75, а также дилатометром DIL 402 C/4/G с горизонтальным расположением образца и температурным диапазоном до 1600°C.

 Для проведения ИПД обработки будут использованы: ротационно-ковочная машина В2129 800 кН и волочильный стан КВ600. Данные установки позволяют осуществить обработку различных металлов и сплавов в широком интервале температур и скоростей деформации.

Часть задач проекта будут выполняться иностранным партнером (Жилинский университет, г. Жилина, Словакия). При этом будут использоваться ресурсы и оборудование, расположенные непосредственно на базе Жилинского университета, в частности экспериментальное оборудование для реализации метода равноканального углового прессования (РКУП) с возможностью приложения ультразвукового воздействия и противодавления.

Результаты исследования

За первые 9 месяцев проекта были достигнуты следующие результаты:

Выполнен анализ научно-технической литературы, относящейся к созданию и исследованию перспективных совмещенных методов ИПД для получения полуфабрикатов повышенной прочности и исследованию эффективности применения ультразвуковой обработки, совмещенной с деформационным пластическим воздействием.

Были выбраны и закуплены исходные материалы для исследований.  Была проведена спецификация данных материалов с проведением химического анализа и аттестации на соответствие стандартам.

Проведены патентные исследования в области создания и исследования перспективных совмещенных методов ИПД для получения полуфабрикатов повышенной прочности и по теме «Исследование эффективности применения ультразвуковой обработки, совмещенной с деформационным пластическим воздействием».

Проведена методическая подготовка и научно-технологическое обоснование технологических подходов реализации перспективных совмещенных методов ИПД (волочение со сдвигом и ротационная ковка со сдвигом) для получения прутковых полуфабрикатов повышенной прочности из медных сплавов электротехнического назначения.

Разработаны трехмерные модели деформирующих узлов для ротационной ковки, волочения со сдвигом, а так же РКУП с ультразвуковым воздействием.

Проведена разработка и обоснование методических материалов для исследования совмещенного с ультразвуковой обработкой метода ИПД (РКУП с ультразвуковой обработкой)

Выполнен расчет параметров ультразвукового воздействия в процессе обработки исследуемых материалов.

Практическая значимость исследования
В качестве главного направления исследования можно обозначить создание повышенного комплекса свойств (высокие прочность и проводимость) контактных проводов на медной основе для высокоскоростного железнодорожного транспорта, к которым предъявляются высокие требования как по отношению к прочностным свойствам, так и к электропроводности. Учитывая, что для этой продукции используются малолегированные медные сплавы (ТУ 16-705.492-2005), то научно-прикладные исследования в направлении повышения эффективности методов получения и комплекса эксплуатационных свойств продукции на 20-30% имеют большую перспективу.
Результаты проведенных исследований будут использованы для проведения опытно-конструкторских и опытно-технологических работ, направленных на создание опытно-промышленных технологических процессов получения длинномерных ультрамелкозернистых полуфабрикатов из малолегированных медных сплавов с высоким комплексом прочностных характеристик, востребованных на российском и мировом рынках. При этом в качестве потребителей таких полуфабрикатов могут выступать предприятия, занимающиеся разработкой и запуском контактных сетей широкого спектра применения – от высокоскоростных магистральных до городских и специальных, где требуется снизить эксплуатационный износ токопровода. Также одним из направлений может быть использование материалов для электродов контактной сварки. Прогнозируемый социальный эффект от использования высокопрочных ультрамелкозернистых полуфабрикатов из медных сплавов весьма существенен, и он выражается прежде всего в увеличении срока службы изделий, и соответственно повышении эксплуатационной эффективности.
Потенциальными потребителями новых методов получения электротехнических УМЗ сплавов повышенной прочности являются:
- промышленные предприятия, производящие провода контактных сетей для высокоскоростных поездов;
- промышленные предприятия, производящие провода для внутригородского и специального электротранспорта;
- предприятия, связанные с разработкой и производством продукции (электродов) для контактной сварки.