Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Для переработки вторичных отходов в виде обрези прессованных профилей применялся способ бесслитковой прокатки-прессования (БПП) и устройство для его реализации по патенту РФ №2724758. Суть процесса БПП заключается в получении горячепрессованных длинномерных пресс-изделий при совмещении в одном агрегате операций непрерывного литья, прокатки и прессования. Кристаллизация металла при заливке расплава в калибр вращающихся водоохлаждаемых валков, перекрытом на выходе матрицей, дает возможность обрабатывать металл со знакопеременным нагружением при высоких скоростях и степенях деформации. Поэтому преимуществами этого метода по сравнению с традиционным прессованием, является непрерывность процесса, большой выход годного (до 95%) и высокий уровень механических свойств металла. Так как при БПП реализуется высокоскоростная кристаллизация-деформация металла можно ожидать, что появится еще одна область применения пресс-изделий в виде прутков-модификаторов. Установлено, что одной из основных причин получения мелкого зерна в результате модифицирующих воздействий на расплав является процесс гомогенного зарождения центров кристаллизации основного вещества, как результат преобразования кластеров в устойчивые зародыши, число которых в переохлажденной жидкости несоизмеримо больше, чем число любых инородных частиц, вводимых в расплав с модификаторами. Пруток, полученный по технологии БПП, обладает ультрамелким субзеренным строением и при введении в расплав дает большое количество кластеров, которые, распределяясь по объему расплава, обеспечивают формирование мелкозернистой структуры слитка. Для определения энергосиловых параметров использовали схему обработки металла в закрытом ящичном калибре валков с разным диаметром и разработанную авторами методику их расчета. В программном комплексе QForm проведено моделирование процесса для получения прутков из сплава АД31(зарубежный аналог сплав 6063) и определены его энергосиловые характеристики. С помощью компьютерной модели проведен анализ изменения температуры по длине очага деформации, сил, действующих на валки и матрицу, а также крутящих моментов на валке с выступом и валке с канавкой, на основании чего был сделан вывод о возможности проведения экспериментов на установке СПП-200, так как расчетные параметры и мощность электродвигателя не превышали допустимых значений. Конструирование инструмента и запуск лабораторной установки совмещенного литья и прокатки-прессования СПП-200 провели в лаборатории кафедры ОМД института цветных металлов Сибирского федерального университета. На этой установке были получены опытные партии прутков диаметром 5 - 9 мм из технического алюминия марки А85 и сплава системы Al-5Ti-1B. Результаты измерения механических свойств прутков показали, что при реализации процесса БПП пластичность прутков выше, чем у прутков, полученных по традиционной технологии горячего прессования. Для определения модифицирующей способности этих прутков использовали метод Алкан-тест на базе алюминия марки А7. Результаты анализа зеренной структуры показали, что технология БПП обеспечивает формирование особой внутренней структуры прутка, позволяющей достигать модифицирующего эффекта в слитках. Введение прутка из сплава Al-5Ti-1B, полученного методом БПП, в количестве 0,001 %, приводит к измельчению зерна до 0,4 мм. Опытно-промышленную апробацию технологии производства лигатурных прутков из вторичных отходов сплава АД31 (6063) проводили в условиях ООО “Завод современных материалов” (г. Красноярск) на установке СПП-400. Технологическими параметрами процесса БПП являлись следующие: температура расплава 760±10 оС; температура инструмента 100 оС; частота вращения валков 5 об/мин; степень деформации при прокатке 50%; вытяжка при прессовании 16,5. Для сравнительной оценки модифицирующей способности использовали проволоку диаметром 2 мм, полученную из стружки, и прутки, полученные БПП из обрези профилей сплава АД31 (6063) , а также прутковую лигатуру Al-5Ti-1B. Установлено, что при введении прутков диаметром 9 мм в кристаллизующийся слиток из сплава АД31 (6063) при температуре расплава 720 оС и времени выстаивания не менее 3 мин в количестве 3-4 % обеспечивается устойчивый модифицирующий эффект, при этом размер зерен составляет 0,35 мм. Таким образом, исследования показали, что БПП позволяет получать прутки из отходов прессового производства алюминиевого сплава АД31 (6063) с устойчивой ультрамелкой субзеренной структурой металла. Это дает возможность рекомендовать предложенную технологию получения модифицирующих прутков из отходов сплава АД31 (6063) для проведения оценки результатов лабораторных испытаний при литье промышленных слитков из сплава АД31 (6063).

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Ученые Сибирского федерального университета создали первую в мире установку, совмещающую литье, прокатку и прессование, благодаря чему она может из расплава металла, в том числе отходов алюминия, получать новые пресс-изделия, например, в виде прутков круглого поперечного сечения различного диаметра. Они назвали этот процесс БПП - бесслитковая прокатка-прессование. Известно, что повторное использование отходов производства в разы удешевляет себестоимость изготовления длинномерных изделий из алюминия (прутковая. катанки, проволоки и др.). Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ) и Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности (ККФН), опубликованы в статьях журнала «Металлург». Алюминий после литья слитков имеет невысокие прочностные свойства и крупнозернистую структуру: под микроскопом слиток из этого материала представляет собой крупные металлические зерна. Чтобы исключить этот недостаток алюминий легируют различными элементами и получают сплавы, а чтобы сделать их более пригодными к деформации слитки из них модифицируют (улучшают), вводя при литье прутки-модификаторы из сплава алюминия с титаном и бором. Это эффективная методика, в которой расход титана и бора оказывается небольшим, позволяет получить мелкозернистую структуру литого металла и высокий уровень пластических и прочностных свойств. Практически все отечественные заводы изготавливают изделия из алюминиевых сплавов из слитков, модифицированных такими прутками. Однако эти прутки в настоящее время закупают за границей по довольно высокой цене, так как их производство в нашей стране еще не налажено. Поэтому задача замены импортной продукции является актуальной. Ученые из Сибирского федерального университета (г. Красноярск) создали установку для изготовления пресс-изделий из сплавов алюминия методом БПП. Это первый в мире агрегат, в котором одновременно реализуются процессы литья, прокатки и прессования, позволяет получать прутки не только из первичного металла, но и из вторичных отходов алюминиевых сплавов, так как можно использовать вместо слитков обрезь, стружку и т.д., что приводит, в конечном счете, к снижению себестоимости готовых изделий. В составе установки имеется печь-миксер, в которой готовится сплав алюминия и получают расплав при заданной для него температуре, а также деформирующий узел, с помощью которого расплав подается в закрытый калибр водоохлаждаемых валков, где кристаллизуется в виде заготовки квадратного сечения, которая затем обжимается валками по высоте, распрессовывается перед матрицей с отверстием заданного диаметра и выдавливается в виде прутка через нее. Основным преимуществом такого процесса является использование высокоскоростной кристаллизации-деформации металла для получения необходимой для модифицирования субзеренной тонко-дифференцированной структуры металла Таким образом, можно обрабатывать алюминиевые сплавы различных систем легирования и получать из них пресс-изделия заданной формы и размеров с высокой производительностью. Ученые с использованием современных программных пакетов конечно-элементного моделирования определили температурно-скоростные и деформационные параметры процесса и мощность приводного двигателя установки. Затем с их использованием сконструировали установку совмещенной обработки и провели на ней экспериментальные исследования по получению опытных партий прутков-модификаторов, в том числе из вторичных отходов прессового производства сплава алюминия с магнием и кремнием (сплав АД31). Авторы сделали снимки структуры металла, а также с помощью разрывной машины проверили прутки на прочность, и она оказалась сопоставимой с прочностью прутков, получаемых традиционными методами прокатки и прессования. В условиях инженерно-технологического центра РУСАЛа планируется провести опытно-промышленное опробование и проверить научную гипотезу о возможности модифицирования слитков из алюминиевых сплавов с помощью лигатурных прутков, полученных методом бесслитковой прокатки-прессования из вторичных отходов сплава АД31. На технические решения по устройствам и способам реализации новых технологий поданы заявки для патентования результатов исследований. Версия этого сообщения в виде пресс-релиза опубликована на сайте РНФ https://rscf.ru/news/release/issledovateli-oprobovali-novyy-besslitkovyy-metod-sozdaniya-izdeliy-iz-alyuminiya-i-ego-splavov/