Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Целью проекта является исследование возможности реализации технологии рециклинга без переплава и прогнозирование возможности практического применения на конкретных технологических процессах обработки металлов давлением для черных и цветных металлов. В рамках выполнения работ по первому этапу проекта были изучены потенциально возможные технологии рециклинга оборотных отходов производства металлопродукции различных видов: обрезки прутков, труб, стружка. Рассмотрена и обоснована принципиальная возможность получения товарной продукции типа «полоса» из немерных обрезков холоднодеформированных нержавеющих труб. Для технологии приведен расчет напряженно-деформированного состояния в операции сплющивания отрезка трубы, выполненный с использованием специализированного программного обеспечения для моделирования процессов пластической деформации методом конечных элементов. Определены зоны возможного разрушения металла в этой операции. Полученный результат позволяет говорить о возможности распространения способа на рециклинг немерных обрезков труб различных типоразмеров в том числе из других металлов и сплавов, как цветных, так и черных. Также был исследован процесс переработки/перепрессовки передних концов прессованных прутков. Предложено отказаться от варианта возврата выходной части прутка на литейный передел. Эта часть прутка может быть подвергнута повторному прессованию, но уже на изделие меньшего размера. В этом случае металл получает дополнительную недостающую пластическую деформацию, и формируется годный пруток, но меньшего диаметра с требуемыми механическими свойствами. Положительный эффект от применения такого технологического варианта заключается в уменьшении безвозвратных потерь металла и экономии энергии, затрачиваемой на переплав. Энергия, использованная на прессование выходной части прутка, не является заменой энергии, потраченной на переплав, поскольку за счет нее создается новый дополнительный продукт. Показано, что это уменьшит такую энергоемкую часть технологии, как переплав, а также сократит количество металла, переходящего в шлак в результате окисления. В процессе выполнения проекта была обнаружена реальная заинтересованность предприятия ОАО КУМЗ в результатах работы. Был заключен договор о сотрудничестве с планом работ, в котором ОАО КУМЗ также берет на себя часть работ исследованиям, требуемым для выполнения проекта. Скан договора приложен к отчету. Произведено исследование технологии переработки стружки из алюминия и его сплавов без применения переплава. Отмечено, что жидкофазная обработка алюминия не позволяет восстановить оксиды, находящиеся на поверхности алюминиевой стружки, как это происходит при переплаве черных металлов или тяжелых цветных металлов, что влечет безвозвратные потери металла. Выполнены расчеты энергетических затрат для двух вариантов переработки алюминиевой стружки: методом переплава и методом твердофазной обработки. В связи с попаданием оксидов алюминия внутрь заготовок, конечные свойства металла могут изменяться. По существу, этот материал представляет собой композит, упрочненный твердыми частицами, что позволяет повысить прочностные свойства изделия. Установлена эффективность замены переплава на твердофазный процесс пластической деформации стружковых отходов.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В результате исследований была разработана инновационная технология рециклинга металлических отходов в виде пресс-остатков/обрези труб для производства прутков из алюминиевого сплава и производства медных труб методом прессования соответственно. Предложенная технология исключает этап перевода металла в жидкое состояние в ходе процессе обработки давлением. Ключевым аспектом новой технологии является возможность получения биметаллических изделий. В ходе исследований были выявлены пути оптимизации схем прессования крупногабаритных алюминиевых прутков.Предложены схемы прессования с заменой части прессуемой заготовки на менее дорогостоящий материал. Дополнительно рассмотрены сценарии получения биметаллического изделия, где моделирование показало различия в напряженно-деформированном состоянии для прямого и обратного прессования. В условиях ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод» было выполнено опытное прессование прессование слитка из алюминиевого сплава. Дальнейшее исследование включало изучение макроструктуры, микроструктуры вдоль радиальной координаты, определение среднего размера зерна вдоль радиальной координаты, испытания механических свойств при комнатной и повышенной температурах. Установлено, что макроструктура выходной части прутка – мелкозернистая, однородная, плотная, неметаллические и интерметаллидные включения отсутствуют. Однако по поперечному сечению выявлена разноструктурность: в центре структура демонстрирует слабодеформированное состояние, сохраняя рисунок строения дендритных ячеек, унаследованных от литья; на периферии структура имеет строчечное строение, ее составляющие малого размера и равномерно распределены. Получены значения прочностных свойств при повышенных температурах и выполнено сравнение с известными из литературы данными. Материал в опытах оказался прочнее почти в 2 раза, что говорит о его неполном разупрочнении. Также выполнено сравнение пластических свойств. Проведено численное моделирование прессования с малым коэффициентом вытяжки. Выявлено, что металл на периферии подвергается большей степени деформации с самого начала процесса. Отслеживание ситуации по шагам показало, что на первом шаге деформации локализованы вблизи отверстия матрицы, на втором – наблюдалось образование жесткой зоны в окрестности стыка матрицы и рабочей втулки контейнера. Для переднего конца прутка на периферии показатель пластической деформации выше, чем для центральной части. Это подтверждает результаты структурного анализа, где было показано, что в центральной части может сохраняться литая структура, в то время как на периферии возникают все признаки наличия деформированного состояния. Таким образом, если возникает необходимость использования этой части заготовки в качестве материала с необходимым уровнем свойств, то необходимо применить технологическую операцию с увеличением накопленной степени деформации. При запланированной повторной обработке прессованием создаются условия для проработки областей металла, недостаточно деформированных при первичной обработке. Было выявлено, что использование горячей пресс-шайбы провоцирует раннее проявление эффекта пресс-утяжины. Для предотвращения последствий в виде брака продукции необходимо увеличивать размер пресс-остатка, что в свою очередь приведет к снижению коэффициента выхода годного.Использование холодной пресс-шайбы способствует снижению пресс-остатка в ходе прессования, что связано с различием в пластических свойствах материалов. Если задняя пробка изготовлена из менее прочного сплава, чем основная заготовка, то пресс-утяжина возникает раньше, чем при использовании пробки из более прочного сплава. В процессе изучения возможных методов создания биметаллических изделий были разработаны модели для двух вариантов процесса: прямого и обратного прессования. В соответствии с результатами моделирования было выявлено, что скорость истечения материалов при прямом прессовании имеет более высокий порядок величины. Процесс прямого прессования отличается значительной разницей в скоростях истечения материалов основной и дополнительной заготовок. Скорость истечения материала покрытия имеет более высокий порядок, чем скорость истечения материала основной заготовки. В случае обратного прессования разница в скоростях истечения материалов меньше, что указывает на неправильное распределение покрытия по длине заготовки. Для варианта обратного прессования не удается получить плакирующее покрытие; наблюдается интенсивное образование толстого слоя. Отмечено, что распределение покрытия при прямом прессовании более равномерно, что делает этот вариант более предпочтительным. Выводы подтверждают эффективность разработанной технологии переработки металлических отходов и предоставляют данные для дальнейшей оптимизации производства крупногабаритных прутков. Исследования также включали в себя разработку технологии рециклинга медных труб. В результате, была спрогнозирована возможность применения разработанной технологии на производстве медных труб методом прессования. Также рассмотрена возможность получения композитного материала с использованием отрезков медных труб (лента М-Ст-М). Данные результаты исследований помогут увеличить эффективность использования материала при производстве медных труб методом прессования без необходимости использования переплава. Предоставлены рекомендации для апробации данной технологии в сфере переработки на ПАО "Ревдинский завод по обработке цветных металлов".