Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Разработанный четырёхвалковый стан винтовой прокатки состоит из трёх основных частей: входная группа, прокатная клеть со стойками под электродвигатели, выходная группа и электрического шкафа управления. В свою очередь каждая из этих частей состоит из более чем 200 элементов. Изготовлен и собран самый сложный узел разработанного стана, а именно все детали входящие в клеть и стойки, бóльшая часть деталей входной группы, электрошкаф управления, а таже собран корпус подающих роликов, подготовлен и залит котлован под фундамент с установленной в необходимый уровень сварной рамой с крепежом. В настоящее время проведен пробный ввод эксплуатацию стана и выполнена опытная прокатка. 2. Проведено компьютерное конечно-элементное компьютерное моделирование для исследования технологических закономерностей пластической деформации при четырёхвалковой винтовой прокатке и прошивке, проведено сравнение с двух- и трёхвалковой схемами по различным параметрам. 2.1 Проведено конечно-элементное компьютерное моделирование процессов винтовой прошивки гильз из никелида титана в двух- и четырёхвалковом стане при одинаковом обжатии в пережиме, одинаковом обжатии перед носком оправки и равенстве в пережиме диаметров валков двухвалкового стана и основных валков четырёхвалкового стана. При четырёхвалковой прошивке в 1,2 раза ниже среднее значение накопленной деформации и в 1,6 раза меньше среднеквадратичное отклонение накопленной деформации в объёме гильзы. Выявленные особенности напряжённо-деформированного и температурного состояний заготовки при четырёхвалковой прошивке, учитывая нерешённость задачи по получению бесшовных труб из никелида титана в России, создают реальные предпосылки для осуществления прошивки заготовок из никелида титана для получения качественных гильз и бесшовных труб. 2.2. Провели компьютерное моделирование трёх- и четырёхвалковой винтовой прокатки стальной заготовки при равном обжатии в пережиме и равенстве в пережиме диаметров валков трёхвалкового стана и основных валков четырёхвалкового. Установлено, что при четырёхвалковой прокатке, по сравнению с трёхвалковой, по длине заготовки разность между центром и поверхностью по накопленной деформации на 8-25% меньше, по температуре – до 32% меньше. 2.3 Провели компьютерное моделирование трёхвалковой винтовой прокатки заготовки из стали 45 при углах подачи валков 12 и 20 градусов. - Увеличение угла подачи валков с 12 до 20 градусов снижает на 23% среднее значение накопленной деформации в объёме прокатанной заготовки и на 33% снижает среднеквадратичное отклонение накопленной деформации в объёме заготовки. - Прокатка при угле подачи валков 20 градусов, по сравнению с углом подачи 12 градусов, снижает размах значений температуры в объёме заготовки с 72°С до 50°С, при этом кольцевой характер поля распределения значений температуры с ростом угла подачи прослеживается на меньшей длине заготовки. В условиях проведённых исследований рост угла подачи валков не повлиял на изменение средней температуры в объёме заготовки. - При увеличении угла подачи валков с 12 градусов до 20 градусов сохраняется характер изменения полной скорости точек заготовки при прохождении ими очага деформации: полная скорость точек центральных слоёв увеличивается, поверхностных – уменьшается. При этом увеличение угла подачи привело к снижению размаха значений полной скорости между поверхностью и центром заготовки на выходе из очага деформации на 27%. - Увеличение угла подачи валков с 12 до 20 градусов как показывают результаты компьютерного моделирования, приводит к повышению однородности деформированного, теплового и кинематического состояний. Разработанные подходы и методики в рамках данного этапа могут быть использованы при исследовании четырёхвалковой схемы винтовой прокатки. 3. Анализ условий первичного захвата, выполненный П.К. Тетериным и др. советскими учеными, показал, что он определяется условиями осевого втягивания и условиями вращения заготовки. Проведённые расчёты показали, что что минимальное обжатие εmin, при котором будет выполняться условие вторичного захвата для двухвалкового стана выше, чем для трех- или четырехвалкового. Наименьшее значение εmin наблюдается в четырехвалковом стане. К примеру, при прошивке на угле подачи 12°, для 2-х валкового стана εmin составляет 4%, а для 4-х валкового – 1,7%. Это очевидно, так как количество рабочих валков в 2-х валковом стане минимально, при этом также учитывается сопротивление от направляющих линеек. Наличие сопротивления от линеек дает существенный разрыв между значениями εmin для двух-, трех- и четырехвалкового станов. 4. Проведены пуско-наладочные работы всех узлов стана в холостом режиме. Проведена проверка комплектности оборудования. Осуществлена вхолостую в ручном режиме прокрутка шпиндельных устройств главных приводов. 5. Проведена опытная четырёхвалковая прокатка заготовки из стана ВТ-6 диаметром 60 мм. Были опробованы три режима обработки. В образцах сплава ВТ6 после проходов 1 и 2 средний размер зёрен не изменился по сравнению с центральной зоной в исходном состоянии, однако разница в среднем размере и распределении элементов структуры между центральной и краевой зонами практически полностью устранилась . Проведение следующего прохода привело к заметному снижению среднего размера зерна (до 2,5 мкм). Проведение прокатки способствовало более глубокой проработке структуры, по сравнению с традиционно используемыми станами, что привело к повышению однородности распределения структурных элементов по сечению заготовки. Винтовая прокатка сплава ВТ6 после первого и второго проходов привела к повышению твёрдости прутков на 10-15 ед. HV по сравнению с исходным состоянием. Твёрдость образца по сечению распределена достаточно однородно. 6. По результатам выполнения второго этапа проекта опубликованы статьи: две статьи в журнале Сталь, статья в журнале Прокатное производство, статья в журнале Металлург, статья в журнале Steel in Translation. Сделаны доклады на конференциях: 1. Актуальные проблемы прочности: материалы LXVIII международной научной конференции: Витебск, 27-31 мая 2024 года 2. Машины, агрегаты и процессы. Проектирование, создание и модернизация: Материалы международной научно-практической конференции. – Санкт-Петербург: НИЦ МС, 2024. 3. Бернштейновские чтения по термомеханической обработке металлических материалов., Москва, 2024, 22-26 октября Получено два патента: 1. RU 2821416 C1 Способ винтовой прошивки в четырёхвалковом стане 2. RU 2821470 С1 Валковый узел четырёхвалкового стана винтовой прокатки

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
1. Предел текучести после прокатки составил 457 МПа, предел прочности - 578 МПа, относительное удлинение - 11%. Зерно от центра к поверхности монотонно уменьшается составляя до 15 мкм в центре и до 3 мкм у поверхности заготовки. Твёрдость от центра к поверхности монотонно увеличивается от 251 HV до 300 HV. Предел текучести после прошивки составил 630-650 МПа, предел прочности 900-910 Мпа. Относительное удлинение составило 7,5%. Твёрдость по толщине стенки монотонно убывает от внутренней поверхности (342 HV) до наружной поверхности (318 HV). Размер зерна увеличивает по толщине стенки от менее 1 мкм вблизи внутренней поверхности гильзы до 3-4 мкм вблизи наружной поверхности гильзы. 2. По результатам компьютерного моделирования оценили распределение различных параметров напряжённо-деформированного состояния. Распределение накопленной деформации при прошивке аналогично полученным при двух- и трёхвалковой схемах: монотонный рост значений от центра к поверхности. При этом размах значений составляет 1,7: 0,4 в центре и 2,1 вблизи поверхности заготовки. Стоит отметить, что значения вблизи поверхности заготовки меньше, чем при существующих схемах, для которых оно от 3 и выше. Учитывая, что накопленная деформация может рассматриваться как мера сдвиговых деформаций, по результатам моделирования четырёхвалковой прокатки получена типичная для существующих схем картина распределения: сдвиговые деформации минимальны в центре и максимальны вблизи поверхности заготовки. Размах значений температуры по окончании прокатки составляет 55 градусов при средней температуре в объёме заготовки 926 градусов (температура перед прокаткой составляла 900 градусов). Температура от центра к поверхности заготовки монотонно увеличивается. При этом при трёхвалковой винтовой прокатке от центра к поверхности температура сначала увеличивается, а затем уменьшается. Установили, что при прохождении пережима поверхностные слои заготовки замедляются, а центральные – ускоряются. Оценка нейтральной линии и содержащего её нейтрального сечения по результатам расчёта располагается в области, находящейся перед пережимом на расстоянии 10-15 мм. При прокатке в центре заготовки преобладает чистый сдвиг, у поверхности преобладает простой сдвиг, на середине радиуса смешанная картина - сочетание простого и чистого сдвига. Для оценки типа сдвига предложена собственная методика, опробованная также на двух- и трёхвалковой винтовой прокатке и опубликованная в двух статьях (журналы Сталь и Черные Металлы). По результатам моделирования процесса прокатки на установившейся стадии в пережиме по радиусу заготовки получена следующее: от центра заготовки к поверхности нормализованное среднее напряжение уменьшается от 0,2 до -0,92. То есть в центре заготовки преобладают растягивающие напряжения, а у поверхности – сжимающие. При этом значения нормализованного угла Лоде лежат в пределах от -1 до 0. То есть вид напряжённого состояния между осесимметричным сжатием (нормализованный угол Лоде равен -1) и сдвигом/кручением (нормализованный угол Лоде равен 0). Распределения значений интенсивности напряжений в диаметральном продольном сечении на установившейся стадии прокатки следующее: в геометрическом очаге деформации наибольшие напряжения у поверхности (до 235 МПа), наименьшие – в центре заготовки (до 50 МПа). При прошивке по толщине стенки следующее изменение накопленной деформации: от внутренней поверхности гильзы к наружной накопленная деформация уменьшается с 25,3 до 7,4. То есть сдвиговые деформации максимальны у внутренней поверхности гильзы. Нормализованное среднее напряжение у наружной и внутренней поверхности близко к нулевым значениям (не превышает 0,05), в середине стенки составляет 0,14. Интенсивность напряжение по толщине стенки в пережиме меняется следующим образом: убывает от внутренней поверхности к наружной со 148 МПа ло 128 МПа. 3. При прошивке длительность времени первичного захвата составила 0,4 с при обжатии перед носком оправки 8%. На выходе металла из очага деформации осевая скорость гильзы соответствует расчётной, т.е примерно 100 мм/с при коэффициенте осевой скорости 0,9, время вторичного захвата составило 1,5...1,6 с, соответственно время заполнения очага деформации металлом равно 1,9...2,0 с. Окончание процесса прошивки заготовки в гильзу диаметром 63 мм и толщиной стенки 9,5 мм проходило стабильно без "посадки" металла на оправку. При прокатке заготовки диаметром 62 мм с обжатием в пережиме до 53 мм, т.е на 14,5% при температуре 1160 градусов скручивание практически отсутствовало. Исходный паз размером 2х2 мм только был зажат валками и превратился в риску, расположенную параллельно образующей прокатанной заготовки. Величина шагов винтовой линии при установившемся процессе составляла 41...42 мм, при расчётной величине 46 мм, т.е. коэффициент осевой скорости равен 0,9, что свидетельствует о незначительном скольжении металла относительно валков при прокатке сплошной заготовки. При прошивке заготовки диаметром 62 мм и длиной 250 мм на оправке диаметром 46 мм с обжатием в пережиме 15% получена гильза размером 63х10 мм. Скручивание визуально практически отсутствует, величина шага винтовой линии равна 44...45 мм, что соответствует коэффициенту осевой скорости 0,85, а при прошивке на двухвалковом стане с направляющими линейками коэффициент осевой скорости обычно составляет 0,73..0,75