Принципиально новые эффекты асимметричного пластического деформирования металлов и сплавов и их приложение к созданию инновационных производственных технологий

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-79-30015

НазваниеПринципиально новые эффекты асимметричного пластического деформирования металлов и сплавов и их приложение к созданию инновационных производственных технологий

Руководитель Рааб Георгий Иосифович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" , Челябинская обл

Конкурс №81 - Конкурс 2023 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-102 - Механика технологических процессов

Ключевые слова уникальная научная установка; принципиально новый эффект; высокопрочные и труднодеформируемые металлы и сплавы; пластические свойства; технологическая пластичность; низкотемпературная динамическая рекристаллизация; ультрамелкозернистая структура; градиентная структура; асимметричная прокатка; рассогласование скоростей рабочих валков; лента с переменной толщиной поперечного сечения; инновационная технология

Код ГРНТИ53.43.13

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
К числу фундаментальных механических характеристик любого металлического материала относят прочность и пластичность, которые имеют четко выраженную обратно пропорциональную взаимосвязь. Материалы могут быть прочными или пластичными, но редко обладают высокими значениями этих свойств одновременно. Разработка технологий получения и обработки конструкционных металлов и сплавов, сочетающих одновременно высокую прочность и пластичность, является одной из важнейших научных и практических задач. Научная новизна проекта заключается в исследовании принципиально новых эффектов асимметричного деформирования, обеспечивающих повышение как пластических свойств высокопрочных и труднодеформируемых металлов и сплавов, так и повышение их технологической пластичности при обработке давлением. К таким эффектам относятся: 1. Эффект повышения пластических свойств обрабатываемого материала за счет создания градиентной структуры, формируемой в условиях прохождения низкотемпературной термомеханически активируемой динамической рекристаллизации, протекание которой обусловлено не внешним нагревом материала исходной заготовки, а высокоскоростным фрикционным и деформационным разогревом в сочетании с экстремально высокими сдвиговыми деформациями. 2. Эффект повышения пластичности в термически упрочняемых алюминиевых сплавах за счет динамического "растворения-выделения" фаз при высокоскоростном фрикционном и деформационном разогреве в сочетании с экстремально высокими сдвиговыми деформациями (без использования предварительного нагрева заготовки и/или промежуточного/последеформационного отжига). 3. Эффект повышения технологической пластичности материала за счет создания в процессе обработки давлением механической схемы деформации, основанной на совмещении чистого и простого сдвига (сжатие в сочетании с поворотной модой деформации), и обеспечивающей полное отсутствие явления “friction hill” даже при “сухой” прокатке без использования смазочных материалов. 4. Эффект “пространственно-наведенной технологической пластичности”, который может быть использован для получения тонких металлических полос с переменной толщиной поперечного сечения, применение которых критически востребовано на российских предприятиях, специализирующихся на производстве корпусов для микроэлектроники. В предлагаемом проекте впервые будет использована асимметричная прокатка с экстремально высокой степенью асимметрии до 1:10 в качестве оригинального метода повышения пластических свойств, а также технологической пластичности высокопрочных и труднодеформируемых металлов и сплавов. Такой процесс характеризуется тем, что в очаге деформации кардинально меняется механическая схема, которая в сочетании с тепловыми эффектами, может приводить к «растворению-выделению» фаз и глубокому измельчению структуры. Экстремально высокая степень асимметрии до 1:10 в мировой науке еще не изучалась. Исследования будут выполнены с использованием уникальной научной установки (УНУ) «Экспериментальный реверсивный стан ДУО листовой прокатки с индивидуальным приводом рабочих валков» - объект научной инфраструктуры, не имеющий аналогов в РФ (https://ckp-rf.ru/catalog/usu/3206908/). Результаты исследований будут использованы для создания комплекса технологий получения и обработки конструкционных металлов и сплавов повышенной прочности и пластичности для таких предприятий как АО «Уральская Сталь», ОАО «КУМЗ», ПАО «ММК», АО «Завод «МАРС». Актуальность и значимость предлагаемых исследований подтверждается запросами на разработку соответствующих технологий, а также письмами финансовой поддержки со стороны индустриальных партнеров. Отсутствие аналогичных известных работ и актуальность предлагаемого проекта обуславливают соответствие запланированных результатов мировому уровню исследований. По результатам проекта будет представлено не менее 24 докладов на научных конференциях; опубликовано не менее 50 научных статей; получено не менее 8 патентов на изобретения РФ.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Песин А., Рааб Г., Сверчков А., Пустовойтов Д., Корнилов Г., Бочкарев А., Песин И., Носов Л. Development of asymmetric cold rolling technology of high-strength steel grades in order to exclude intermediate annealing operations Materials Research Proceedings, Vol. 32, pp 355-361, 2023 (год публикации - 2023)
10.21741/9781644902615-40

2. Бирюкова О.Д., Песин А.М., Пустовойтов Д.О. Investigation of the influence of kinematic asymmetry on the properties of laminated materials Materials Research Proceedings, Vol. 32, pp 287-293, 2023 (год публикации - 2023)
10.21741/9781644902615-33

3. Песин А., Пустовойтов Д., Песин И., Хайлян Ю, Пунит Тандон, Харшал И Шахаре, Абхай Кумар Дубей, Носов Л. FEM simulation of dynamic recrystallization during asymmetric hot rolling of high-speed steel M2 Materials Research Proceedings, Vol. 32, pp 294-302, 2023 (год публикации - 2023)
10.21741/9781644902615-34

4. Горбунов К.С., Щеренкова И.С., Орехова Ю.Н., Мазур И.П. Исследование структуры низкоуглеродистой стали после физического моделирования асимметричного процесса при горячей прокатке Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, Т. 21. №2. С. 54-66 (год публикации - 2023)
10.18503/1995-2732-2023-21-2-54-66

5. Корнилов Г.П., Песин А.М., Бочкарев А.А., Шохин В.В., Храмшин Р.Р., Пустовойтов Д.О. Моделирование электроприводов прокатных станов при асимметричной прокатке ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА, Т. 66. № 2. С. 35-44 (год публикации - 2023)
10.17213/0136-3360-2023-2-35-44

6. Белов Н., Акопян Т., Цыденов К., Черкасов С., Авксентьева Н. Effect of Fe-Bearing Phases on the Mechanical Properties and Fracture Mechanism of Al–2wt.%Cu–1.5wt.%Mn (Mg,Zn) Non-Heat Treatable Sheet Alloy Metals, 2023; 13(11):1911 (год публикации - 2023)
10.3390/met13111911

7. Рогачев С.О., Наумова Е.А., Иноземцева О.В., Андреев В.А., Карелин Р.Д., Комаров В.С., Табачкова Н.Ю., Хаткевич В.М., Бондарева С.А. Effect of number of ECAP passes on structure and mechanical properties of Al-Ca-Mn-Fe alloy Materials Today Communications, Vol. 38, 107762 (год публикации - 2023)
10.1016/j.mtcomm.2023.107762

8. Корнилов Г.П., Храмшин Р.Р., Шохин В.В., Бочкарев А.А., Тройнов С.В. Особенности непрерывной прокатки при старте с необжатой полосой Металлург, №9, С.25-31 (год публикации - 2023)
10.52351/00260827_2023_09_25

9. Чикишев Д.Н., Голубчик Э.М. Развитие системных подходов в проектировании технологий производства трубного проката в условиях толстолистовых станов Черные металлы, № 3 (год публикации - 2024)

10. Чикишев Д.Н., Барышникова А.М. Моделирование трансформации осевой химической неоднородности металла при толстолистовой прокатке Металлург, №5 (год публикации - 2024)

11. Кудряшов А., Дема Р., Песин А. Calculation of power parameters of the process of formation wire knot "Braid" for increasing reliability of lift and transport operations E3S Web of Conferences, 458, 07011 (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202345807011

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Второй этап работ (2024) посвящен исследованию эффектов повышения прочностных и пластических свойств различных металлов и сплавов (Fe, Al, Cu) за счет модификации их микроструктуры методами асимметричной и радиально-сдвиговой прокатки. Выполнено исследование влияния асимметричной прокатки на микроструктуру и механические свойства сплава Cu-0,8Cr-0,1Zr. Показано, что асимметричная прокатка является высокотехнологичным методом, базирующимся на принципах интенсивной пластической деформации. Получены результаты, показывающие высокий уровень упрочнения сплава Cu-0,8Cr-0,1Zr при асимметричной прокатке за счет измельчения структуры до ультрамелкозернистого состояния. Установлено, что уже после 1 прохода при величине накопленной деформации 0,94±0,20 прочность возрастает с 265 до 425 МПа. В процессе деформации происходит измельчение структуры. Средний размер фрагментов составляет 235±90 нм, а также наблюдается неоднородность структуры по сечению образца, связанная с разностью скоростей вращения валков. При этом в центральной области образцов форма зерен соответствует состоянию как при классической симметричной схеме прокатки, а в области, примыкающей к валку с большей скоростью, формируется механическая текстура зерен как при сдвиге. Последующее старение сплава Cu-0,8Cr-0,1Zr при 450 °С позволило достичь предела текучести 475 МПа, предела прочности 560 МПа при относительном удлинении 16 % и электропроводности 82 % IACS, что превышает на 10-15 % традиционные свойства сплава в упрочненном состоянии. Анализ вкладов в упрочнение во время деформационной обработки методом асимметричной прокатки свидетельствует о том, что основную долю (58%) в упрочнение вносит измельчение зеренной структуры до ультрамелкозернистого состояния. Дислокационный и дисперсионный вклады имеют долевое отношение 15 и 20% соответственно. По сравнению с традиционной прокаткой, а также другими деформационными методами, обеспечивающими такой уровень степени накопленной деформации и упрочнения за 1 цикл, как, например, РКУП-конформ, асимметричная прокатка выглядит более перспективной за счет более простой технологической схемы. Выполнены металлографические исследования микроструктуры алюминиевых сплавов различных систем легирования: Al-Cu-Mg (Д16), Al-Cu-Mg-Li (1441), Al-Mg-Sc (1545К), Al-Cu-Mn-Ca, Al-Ca-La-Mn-Ni-Cu. Одной из важных задач проекта являлась разработка жаропрочных алюминиевых сплавов нового поколения. При решении указанной задачи объектами исследования были 4 экспериментальных алюминиевых сплава, содержащих 6%Cu, 2%Mn и переменную концентрацию Ca от 1 до 4%. Сплавы готовили на основе первичного алюминия 99,99%. Плавку проводили в электрической печи сопротивления GRAFICARBO в графитошамотном тигле. По результатам исследований в качестве основы для разработки жаропрочных алюминиевых сплавов нового поколения предложена композиция Al-6%Cu-2%Mn-1%Ca. Выполнено исследование влияния горячей трехвалковой радиально-сдвиговой прокатки (РСП) на микроструктуру и свойства заэвтектического алюминиевого сплава Al-4%Ca-4%La-1%Mn-1%Ni-5%Cu. Установлено, что РСП приводит к образованию несплошности вдоль всей центральной оси прутка. В результате РСП происходит перемешивание дендритов и эвтектики, повышается однородность и дисперсность микроструктуры. После РСП прочность и пластичность образцов в 2 и 3,5 раз соответственно выше по сравнению с исходным отожженным состоянием: сплав после РСП имеет σт=118…134 МПа, σв=167…171 МПа, δ=7…9,5%. Предел прочности материала на периферии прутка больше на 12%, а относительное удлинение меньше на 36% по сравнению с материалом на середине радиуса прутка. Усовершенствована металловедческая концепция повышения прочности при сохранении/повышении пластичности низкоуглеродистых сталей без использования легирующих и/или микролегирующих добавок. Для формирования мелкозернистой структуры предложено использовать два механизма γ→α превращения: статическое деформационно-индуцированное γ→α превращение (Static Strain Induced Transformation, сокр. SSIT) и динамическое деформационно-индуцированное γ→α превращение (Dynamic Strain Induced Transformation, сокр. DSIT). По механизму SSIT возможно формирование микроструктуры со средним размером ферритного зерна в диапазоне от 4 мкм до 2 мкм. По механизму DSIT возможно формирование более мелкой структуры – со средним размером ферритного зерна в диапазоне от 2 мкм до 1 мкм. Экспериментально показано, что за счет реализации механизма DSIT при асимметричной горячей прокатке с большим единичным обжатием (50% ≤ ε ≤ 60%) формируется дисперсная микроструктура со средним номером (баллом) ферритного зерна G = 14 (по ГОСТ 5639-82) в центре образцов и G = 14…16 в приповерхностных слоях. На примере низкоуглеродистой стали 0,085C-0,64Si-1,58Mn без использования легирующих Cr, Ni, Cu, Mo и микролегирующих Nb, V, Ti добавок показано, что такая микроструктура позволяет обеспечить высокий комплекс механических свойств: σт≥460 МПа, σв≥720 МПа, δ≥19%. Сформирован научно-технический задел в области создания новых энергоэффективных и ресурсосберегающих производственных технологий получения и обработки конструкционных металлов и сплавов повышенной прочности и пластичности. Экспериментально подтверждены эффекты повышения технологической пластичности (деформируемости) высокопрочных сталей C-Mn (65Г), C-W-Mo (Р6М5), C-Cr (20Х13) при асимметричной прокатке. Повышение технологической пластичности (деформируемости) материалов характеризовалось эффектами снижения усилия прокатки; увеличения единичных и суммарных обжатий; сокращения количества циклов «прокатка-отжиг». Разработана новая технологическая схема плакирования листов и полос из алюминиевых сплавов систем Al-Cu-Mg (Д16), Al-Cu-Mg-Li (1441). Новая схема плакирования позволяет существенно сократить общее количество проходов и междеформационных пауз при прокатке, улучшить тепловое состояние раската, снизить вероятность образования прикромочных трещин при прокатке, предотвратить выдавливание планшетов с поверхности слитка при высоких абсолютных обжатиях, благодаря чему возможно использование более тонких планшетов – толщиной 10 мм взамен традиционных 15 мм. В отчетном 2024 г. опубликовано (принято к печати) 14 публикаций в ведущих научных изданиях, индексируемых в Scopus и/или RSCI. Представлено 23 доклада на 8 различных международных и всероссийских конференциях. Получен 1 патент № 2829244 на изобретение РФ (заявл. 22.04.2024, опубл. 30.10.2024), подана 1 заявка № 2024117943 на изобретение РФ (заявл. 28.06.2024). Проведено 2 научных школы для молодых ученых по тематике проекта: VIII международная молодежная научно-практическая конференция «Magnitogorsk Rolling Practice 2024» (4-7 июня 2024); научный семинар «Magnitogorsk Materials Week 2024» (5-6 ноября 2024).

Публикации

1. Белов Н., Акопян Т., Цыденов К., Свиридова Т., Черкасов С., Ковалев А. Effect of Ca addition on structure, phase composition and hardness of Al–6 %Cu–2 %Mn sheet alloy Journal of Alloys and Compounds, Journal of Alloys and Compounds 1009 (2024) 176955 (год публикации - 2024)
10.1016/j.jallcom.2024.176955

2. Песин А.М., Корнилов Г.П., Бочкарев А.А., Пустовойтов Д.О. Limitations of electric drive and local control systems in asymmetric rolling of fine-grained steels Journal of Physics: Conference Series, Journal of Physics: Conference Series, Volume 2892, A.M. Pesin et al 2024 J. Phys.: Conf. Ser. 2892 012005 (год публикации - 2024)
10.1088/1742-6596/2892/1/012005

3. Барышникова А.М., Носов Л.В. Development of asymmetric cold rolling technology of low carbon steel grades in order to increase the thickness of the hot rolled strip Lecture Notes in Mechanical Engineering, Lecture Notes in Mechanical Engineering, Vol. 1, Pp. 850-859 The Editor(s) (if applicable) and The Author(s), under exclusive license to Springer Nature Switzerland AG 2024 (год публикации - 2024)
10.1007/978-3-031-65870-9

4. Бирюкова О.Д., Могильных А.Е., Песин А.М., Пустовойтов Д.О., Песин И.А., Бирюков М.А. Возможности асимметричной прокатки однослойных и слоистых материалов из алюминия и его сплавов Известия вузов. Цветная металлургия, Известия вузов. Цветная металлургия, Т. 30, № 4, С. 43–53 (год публикации - 2024)
10.17073/0021-3438-2024-4-43-53

5. Песин А.М., Разинкин А.В., Замараев В.А., Пустовойтов Д.О. Конечно-элементное моделирование и анализ технологической возможности применения новой схемы плакирования слитков из алюминий-литиевого сплава 1441 Известия вузов. Цветная металлургия / Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy (год публикации - 2025)

6. Чикишев Д.Н., Голубчик Э.М., Целищев А.С. Исследование влияния уровня рольганга на процесс вертикальной подгибки переднего участка листа при асимметричной толстолистовой прокатке на основе конечно-элементного моделирования Металлург / Metallurgist, №4, 2025 (год публикации - 2025)

7. Бирюкова О.Д., Пустовойтов Д.О., Песин А.М., Могильных А.Е. Возможности регулирования механических свойств листовых слоистых алюминиевых композитов 5083/6061 при асимметричной аккумулирующей прокатке Magnitogorsk Rolling Practice 2024: материалы VIII международной молодежной научно-технической конференции, Magnitogorsk Rolling Practice 2024: материалы VIII международной молодежной научно-технической конференции / под ред. А.Г. Корчунова. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2024. С.27-28 (год публикации - 2024)

8. Никитина М.А., Песин А.М., Локотунина Н.М., Песин И.А., Барышникова А.М Влияние асимметричной прокатки на структуру алюминиевого деформированного термически неупрочняемого скандийсодержащего сплава 1545К Magnitogorsk Rolling Practice 2024: материалы VIII международной молодежной научно-технической конференции, Magnitogorsk Rolling Practice 2024: материалы VIII международной молодежной научно-технической конференции / под ред. А.Г. Корчунова. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2024. С.68-70 (год публикации - 2024)

9. Ребренцева П.В., Кушнир Б.В., Бирюкова О.Д., Носов Л.В., Барышникова А.М. Исследование влияния кинематической асимметрии на свойства алюминиевого сплава Д16 при холодной асимметричной прокатке Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: тезисы докладов 82-й международной научно-технической конференции, Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: тезисы докладов 82-й международной научно-технической конференции. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2024. Т.1. с. 243 (год публикации - 2024)

10. Могильных А.Е., Локотунина Н.М., Никитина М.А., Грачев Д.В. Разработка способа комбинированного процесса асимметричной и симметричной прокатки полосы из алюминиевого сплава Д16 Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: тезисы докладов 82-й международной научно-технической конференции, Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: тезисы докладов 82-й международной научно-технической конференции. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2024. Т.1. с. 255 (год публикации - 2024)

11. Бирюкова О.Д., Песин А.М. Improving the mechanical properties of laminated aluminum composite 5083/6061 during asymmetric accumulative roll bonding Lecture Notes in Mechanical Engineering, Lecture Notes in Mechanical Engineering, Vol. 1, P. 840-849 The Editor(s) (if applicable) and The Author(s), under exclusive license to Springer Nature Switzerland AG 2024 (год публикации - 2024)
10.1007/978-3-031-65870-9

12. Аксенов Д.А., Рааб Г.И., Рааб А.Г., Песин А.М., Ю Х. Влияние асимметричной прокатки на структурные изменения и свойства сплава системы Cu-Cr-Zr Физическая мезомеханика (Physical Mesomechanics), Физическая мезомеханика, № 27 (4), С. 73–84 (год публикации - 2024)
10.1134/S1029959924060067

13. Горбунов К.С., Носов Л.В., Мазур И.П. Исследование влияния асимметрии на энергосиловые параметры при холодной прокатке Черные металлы, Черные металлы, №7, с. 52-55 (год публикации - 2024)
10.17580/chm.2024.07.08

14. Рогачев С.О., Андреев В.А., Наумова Е.А., Скрипаленко М.М., Щербаков В.А. Особенности поведения многокомпонентного заэвтектического алюминиевого сплава в условиях горячей трёхвалковой радиально-сдвиговой прокатки Прокатное производство. Приложение к журналу «Технология металлов» / RUSSIAN METALLURGY (Metally), Прокатное производство, № 19(1) (год публикации - 2025)

15. Песин А.М., Пустовойтов Д.О., Песин И.А., Носов Л.В., Барышникова А.М. Совершенствование технологии производства холоднокатаной ленты (20Х13) с использованием асимметричного деформирования Современные проблемы электрометаллургии стали, материалы XIX Всероссийской конференции с международным участием, Современные проблемы электрометаллургии стали, материалы XIX Всероссийской конференции с международным участием. Челябинск, 2024. Издательство: Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), с. 242-247 (год публикации - 2024)

16. Песин А.М., Пустовойтов Д.О., Бревнов К.Ю., Песин И.А., Цатурянц М.С., Носов Л.В. Совершенствование технологии производства нержавеющей стали марки 20Х13 на основе использования асимметричной прокатки Современные проблемы электрометаллургии стали, материалы XIX Всероссийской конференции с международным участием, Современные проблемы электрометаллургии стали, материалы XIX Всероссийской конференции с международным участием. Челябинск, 2024. Издательство: Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), с. 265-275 (год публикации - 2024)

17. Рааб Г.И., Утяшев Ф.З. Теоретический анализ структурных изменений при холодной асимметричной прокатке Magnitogorsk Rolling Practice 2024: материалы VIII международной молодежной научно-технической конференции, Magnitogorsk Rolling Practice 2024: материалы VIII международной молодежной научно-технической конференции / под ред. А.Г. Корчунова. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2024. C.105-106 (год публикации - 2024)

18. Горбунов К.С., Мазур И.П. Компьютерное моделирование влияния асимметрии на кривизну и усилие при горячей прокатке стали Magnitogorsk Rolling Practice 2024: материалы VIII международной молодежной научно-технической конференции, Magnitogorsk Rolling Practice 2024: материалы VIII международной молодежной научно-технической конференции / под ред. А.Г. Корчунова. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2024. c. 129-131 (год публикации - 2024)

19. Шаповалов А.Н., Дёма Р.Р., Амиров Р.Н., Латыпов О.Р. The influence of parameters of slag conditions on blast furnace smelting performance and cast iron quality CIS Iron and Steel Review, Vol. 28 (2024), pp. 15–20 (год публикации - 2024)
10.17580/cisisr.2024.02.03

20. Бирюкова О.Д., Локотунина Н.М., Могильных А.Е., Никитина М.А. Исследование способов увеличения прочности и пластичности при асимметричной аккумулирующей прокатке листового слоистого алюминиевого композита 5083/6061 Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: тезисы докладов 82-й международной научно-технической конференции, Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: тезисы докладов 82-й международной научно-технической конференции. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2024. Т.1. с. 256 (год публикации - 2024)

21. Песин А.М., Никитина М.А., Барышникова А.М., Носов Л.В., Песин И.А. Оптимизация технологии изготовления катаных полуфабрикатов из алюминиевого сплава 1545К* Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: тезисы докладов 82-й международной научно-технической конференции, Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: тезисы докладов 82-й международной научно-технической конференции. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2024. Т.1. с. 242 (год публикации - 2024)

22. Выдрин А.В., Песин А.М., Пелленен А.П., Горбунова В.С. Условие осуществления процесса прокатки-волочения коротких листов Черные металлы, №2 (год публикации - 2025)

23. Рааб А.Г., Рааб Г.И., Песин А.М. Моделирование многопроходной асимметричной прокатки сплава AISI 2024 Magnitogorsk Rolling Practice 2024: материалы VIII международной молодежной научно-технической конференции, Magnitogorsk Rolling Practice 2024: материалы VIII международной молодежной научно-технической конференции / под ред. А.Г. Корчунова. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2024. С.106-107 c. (год публикации - 2024)

24. Песин А., Рааб Г., Пустовойтов Д., Песин И., Барышникова А., Носов Л. Increasing technological plasticity of low-carbon steels in the process of asymmetric cold rolling Springer Proceedings in Physics (год публикации - 2024)

25. Песин А.М., Разинкин А.В., Замараев В.А., Пустовойтов Д.О. Деформационное поведение алюминий-литиевого сплава 1441 в интервале температур горячей прокатки Цветные металлы (год публикации - 2025)

26. Песин А.М., Разинкин А.В., Замараев В.А., Дымшакова Е.Г., Замараева Ю.В., Пустовойтов Д.О. Сравнительный анализ сопротивления деформации алюминий-литиевого сплава 1441 при испытаниях на сжатие и кручение Теория и технология металлургического производства, №3(50). С. 14-20 (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Третий этап работ (2025) посвящен исследованию влияния механической схемы деформации, а также типа микроструктуры на повышение пластичности высокопрочных и труднодеформируемых металлов и сплавов. На основе результатов моделирования и экспериментов установлено, что на технологическую пластичность (деформируемость) различных металлов и сплавов при асимметричной прокатке оказывают влияние два ключевых фактора: механическая схема деформации с долей влияния ~90 % и тепловой эффект (деформационный разогрев + фрикционный разогрев) с долей влияния ~10 %. При этом процессу прокатки с соотношением скоростей рабочих валков 1:1 (симметричная прокатка) соответствует схема плоской деформации сжатия, а процессу прокатки с соотношением скоростей рабочих валков от 1:1,1 до 1:10 (асимметричная прокатка) – схема плоской деформации, совмещающая сжатие и сдвиг, причем в оптимальных условиях эти две компоненты деформации находятся в равной пропорции – сжатия (~50 %) и сдвига (~50 %). Установлены закономерности влияния механической схемы деформации и тепловых эффектов на кинетику «растворения-выделения» фаз и измельчение структуры различных металлов и сплавов при асимметричной прокатке с экстремально высоким рассогласованием скоростей рабочих валков (до 1:10). В частности, на примере алюминиевого сплава 1580 установлено, что в процессе прокатки с экстремально высоким рассогласованием скоростей рабочих валков по исследуемым режимам происходил распад пересыщенного твёрдого раствора в основном с выделением фаз типа Al6(Mn, Fe) и Al3(Sc, Zr). Размеры, объёмная доля и плотность распределения в пространстве образовавшихся частиц определялись условиями проведенных деформационных обработок. Дисперсоиды Al6(Mn, Fe) выделялись в виде пластин длиной от 30 до 1000 нм и шириной от 30 до 150 нм, Al3(Sc, Zr) в виде равноосных частиц диаметром от 15 до 50 нм. Наименьшими размерами, объёмной долей и плотностью распределения в пространстве выделений вторых фаз характеризовались образцы после прокатки при соотношениях до 1:5, а наибольшими – образцы после прокатки при соотношениях от 1:5 до 1:10. Увеличение соотношения рассогласования скоростей валков также стимулировало образование более крупных, по сравнению с дисперсоидами Al3(Sc, Zr), равноосных частиц β'-фазы (Al3(Zr, Sc)) диаметром до 75 нм. В некоторых образцах помимо дисперсоидов Al3(Sc, Zr), выделяющихся однородно в объеме зерен, были выявлены «цепочки» частиц, зарождающихся гетерогенно на дислокациях и межфазных границах Al6(Mn, Fe)/αтв. р-р. Установлены закономерности влияния типа микроструктуры (крупнозернистая, мелкозернистая, ультрамелкозернистая, градиентная, бимодальная) на повышение пластичности различных металлов и сплавов (высокопрочный серый чугун, медный сплав Cu‑11Sn, стали марок 09Г2С, 20, алюминиевые сплавы АМг6, Д16, 1545К, 1580, Al-Ca). Установлены зависимости структурного состояния различных металлов и сплавов и их механических характеристик от различных вариаций технологических параметров процессов симметричной и асимметричной прокатки. В частности, разработана технологическая схема многопроходной листовой прокатки со скоростной асимметрией с эффектом полной динамической рекристаллизации, предназначенная для производства горячекатаных полос толщиной от 1 до 10 мм из высокопрочных низкоуглеродистых C-Mn сталей с ферритной матрицей со средним диаметром зерна феррита 4-2 мкм. С использованием симулятора термомеханических процессов Gleeble 3800 выполнено комплексное экспериментальное исследование влияния различных технологических факторов (предварительная деформация, температура приложения предварительной деформации, скорость деформации, скорость предварительного охлаждения) на смещение критических точек фазового превращения в низкоуглеродистых C-Mn сталях. Определены условия реализации механизма динамического деформационно-индуцированного аустенитно-ферритного превращения в низкоуглеродистых C-Mn сталях при асимметричной прокатке. Разработана концепция, согласно которой скоростная асимметрия, характеризующаяся соотношением скоростей валков υ1⁄υ2 , является новым технологическим параметром процесса листовой прокатки, обеспечивающим дополнительное измельчение структуры и повышение прочности различных металлов и сплавов без изменения их химического состава. На примере низкоуглеродистой C-Mn стали экспериментально показано, что применение скоростной асимметрии при листовой прокатке позволяет из одной (базовой) марки 0,09C-1,6Mn получить 12 разных классов прочности: S355MC, S420MC, S460MC, S500MC, S550MC, S600MC, S650MC, S700MC в соответствии с EN 10149-2:2013 и HDT450F, HDT580F, HDT580X, HDT760C в соответствии с EN 10338:2025 без использования Nb, V, Ti, Cr, Ni, Cu, Mo, B и др. Определены границы применимости и технологичности новых способов асимметричного деформирования. В частности, установлено предельное кинематическое соотношение для средних горизонтальных скоростей течения металла в очаге деформации на контакте с валками, вращающимися с различными скоростями, а также предельное значение угла сдвига, являющегося функцией параметра формы очага деформации по высоте. Впервые показано, что при листовой прокатке со скоростной асимметрией увеличение деформации, а также снижение усилия прокатки достигают экстремумов при минимальной (положительной) величине опережения металла относительно валка, вращающегося с бо́льшей скоростью. Установлено, что с увеличением соотношения скоростей валков от 1:1 до 1:10 опережение стремится к нулю и в определенный момент принимает отрицательное значение. Установлены предельные условия листовой прокатки со скоростной асимметрией, определяющие энергетическую возможность осуществления этого процесса прокатки. В отчетном 2025 г. получен 1 патент на изобретение РФ № 2848699 от 21.10.2025, подана 1 заявка на изобретение РФ № 2025117957 от 30.06.2025, опубликовано (принято к печати) 14 статей в ведущих рецензируемых российских и зарубежных научных изданиях, индексируемых в Scopus и/или RSCI. Представлено 16 докладов на 7 различных международных и национальных конференциях, в том числе, проведено 2 научных школы для молодых ученых по тематике проекта с приглашением в качестве лекторов ведущих ученых. По результатам исследований подготовлена докторская диссертация на тему: «Теоретическое и технологическое обоснование применения скоростной асимметрии для повышения механических свойств листового проката» (специальность: 2.6.4. Обработка металлов давлением).

Публикации

1. Наумова Е.А., Рогачев С.О., Белов Н.А., Барыкин М.А., Бобрышева А.О., Максимова Д.В. Effect of titanium on the phase composition and microstructure of Al-Ca alloys Materials Letters, 139967 (год публикации - 2025)
10.1016/j.matlet.2025.139967

2. Никитина М., Песин А., Пустовойтов Д., Песин И., Барышникова А., Носов Л. The effect of the asymmetric coefficient on the quality of the resulting semi-finished product Springer Proceedings in Materials (год публикации - 2025)

3. Яковлев С., Замараев В., Овсянников Б., Песин А., Пустовойтов Д., Песин И., Носов Л. Comparative Analysis of Two Cladding Schemes for an Aluminum Alloy Using the Finite Element Method Springer Proceedings in Materials (год публикации - 2025)

4. Рааб Г.И., Аксёнов Д.А., Песин А.М., Рааб А.Г., Ю Х., Смаковский М.С. Transformation of the Structure and Properties of Cu‑11Sn Alloy Subjected to Asymmetric Rolling Transactions of the Indian Institute of Metals, 78:243 (год публикации - 2025)
10.1007/s12666-025-03729-1

5. Выдрин А.В., Горбунова В.С., Пелленен А.П., Песин А.М. Имитационная модель процесса прокатки-волочения коротких листов CIS Iron and Steel Review, № 1 (Vol. 31) (год публикации - 2026)

6. Васина М.А., Наумова Е.А., Пашков И.Н. Исследование структуры и свойств паяных соединений сплавов системы Al–Ca–Ce (–Mn) Металлург, №7. С. 45–52 (год публикации - 2025)
10.52351/00260827_2025_7_45

7. Горбунов К.С., Левыкина А.Г., Носов Л.В., Мазур И.П. Исследование влияния геометрической асимметрии на деформационный разогрев при горячей прокатке Черные металлы, №12. С. 24-31 (год публикации - 2025)
10.17580/chm.2025.12.04

8. Рааб Г.И., Ценёв Н.К., Рааб А.Г., Барышникова А.М. Особенности формирования структуры в сплаве Д16 при асимметричной прокатке Цветные металлы, №1 (год публикации - 2026)

9. Овсянников Б.В., Яковлев С.И., Замараев В.А., Песин А.М., Пустовойтов Д.О., Песин И.А., Носов Л.В., Бирюкова О.Д. Experimental study of the technological possibility of using a new scheme for cladding aluminium alloy ingots on an industrial-laboratory mill 400 Springer Proceedings in Materials (год публикации - 2025)

10. Чикишев Д.Н., Пелевин И.А. Исследование трансформации поверхностных трещин непрерывнолитых слябов при толстолистовой прокатке металла Металлург, №2 (год публикации - 2026)

11. Корнилов Г.П., Песин А.М., Бочкарев А.А., Носов Л.В., Песин И.А., Локотунина Н.М., Адушев Н.О. Управление электроприводами прокатных станов при асимметричной прокатке Металлург, №2 (год публикации - 2026)

12. Шаповалов А.Н., Нефедьев С.П., Дёма Р.Р., Латыпов О.Р., Амиров Р.Н. Влияние качества и способа введения извести в аглошихту по результатам агломерационного процесса CIS Iron and Steel Review, Vol. 31, №1 (год публикации - 2026)

13. Никитина М.А., Пустовойтов Д.О., Бирюкова О.Д., Песин И.А., Барышникова А.М., Носов Л.В. Влияние скоростной асимметрии на технологическую пластичность при прокатке сплава системы алюминий-магний-скандий Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, №4 (год публикации - 2025)

14. Никитина М.А., Песин А.М., Носов Л.В., Барышникова А.М. Влияния асимметричной прокатки на деформационную пластичность алюминиевых сплавов 1580 и 1545К Известия вузов. Цветная металлургия (год публикации - 2026)