автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Математическое моделирование, разработка исовершенствование процессов продольной прокаткп с использованием информационныхсистем

} у ,</ На правах рукописи

Ь /■/"

Для служебного пользования Экз. №

ОСАДЧИИ Валентин Алексеевич

Математическое моделирование, разработка и

совершенствование процессов продольной прокатки с использованием информационных

систем

Специальность 05.16.05 - "Обработка металлов давлением"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва, 2000

Работа выполнена на кафедре пластической деформации специальных сплавов и кафедре инновационного проектирования Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Полухин В.П.

доктор технических наук, профессор Шелест А.Е.

доктор технических наук, профессор Шеногин В.П.

Ведущее предприятие:

ОАО "Серп и молот"

Защита состоится "В" декабря 2000 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 053.08.02 при Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете).

Адрес института: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский пр., 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета).

Автореферат разослан "'10" ноября 2000 г.

Справки по телефону: 955-01-27.

Ученый секретарь диссертационного совета

Романцев Б.А.

р

1 г /■'•''

Ь-\ г

з

ВВЕДЕНИЕ

Разработка и совершенствование технологических процессов на базе теоретических исследований с использованием математических моделей является эффективным путём развития производства. В то же время успешное применение математических моделей во многом определяется как полнотой описания процесса, так и достоверностью информации, используемой в качестве исходных данных. В частности, для прокатного производства требуется дальнейшее развитие расчётных методов, особенно в направлении учёта особенностей прокатки в калибрах при определении формоизменения и температурного поля, а также реологических характеристик и свойств металла.

Проблема получения достоверной информации при выполнении расчётов, в свою очередь, может быть решена в настоящее время, благодаря интенсивному развитию компьютерных средств, путём использования специально созданных баз данных и информационных систем, а также совершенствования методик обработки данных и оптимизации характеристик материалов и изделий, параметров технологии и оборудования.

Цель и задачи исследования. В работе поставлена цель создания комплекса математических моделей и компьютерных программ с использованием информационных систем для расчёта процессов прокатки и, на его основе, исследования и совершенствования технологии производства прокатной продукции.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать математическую модель процесса сортовой прокатки для расчёта деформационных, температурных, скоростных, энергосиловых параметров, а также свойств металла.

2. Разработать математический аппарат для обработки данных и оптимизации химических составов и технологических параметров процессов.

3. Создать базу данных по металлическим материалам, металлопродукции, технологии и оборудованию прокатного производства.

4. Разработать информационную систему в области обработки металлов давлением и смежным разделам науки для использования в научных исследованиях и в учебном процессе.

5. Применить разработанный комплекс для оптимизации химического состава порошковых сплавов специального назначения.

6. Выполнить исследования и разработать технологические процессы производства износостойких биметаллических материалов для режущих деталей сельскохозяйственных машин.

7. Разработать промышленную технологию производства термо-упрочнённого проката высокомарганцовистой стали.

8. Создать компьютерную систему для проектирования калибровок валков при производстве гнутых профилей проката.

На защиту выносится:

1. Математическая модель, описывающая поведение металла в процессе деформационных и термических воздействий, уплотнение порошковых материалов, формирование структуры и свойств металла в ходе процесса горячей сортовой прокатки.

2. Методика поиска вида уравнения регрессии, методика оптимизации химических составов и технологических параметров, а также компьютерная система обработки данных на их основе. База данных по чёрным и цветным металлам и сплавам, их свойствам, технологии прокатки и оборудованию. Информационно-обучающая система в области обработки металлов давлением и смежным разделам науки.

3. Модель фазообразования и прогнозирования свойств жаропрочных сплавов на основе никеля, химический состав нового сплава, обеспечивающего повышенный уровень механических характеристик, результаты исследований его деформируемости, структуры и свойств.

4. Результаты комплексных исследований физических, механических и технологических свойств износостойких сплавов в литом,

порошковом и компактном состоянии, а также материала основы и биметалла, необходимых для разработки промышленной технологии, химический состав износостойкого сплава, а также технология производства многослойных материалов, в том числе с износостойким слоем из порошкового сплава.

5. Результаты исследований и технология прокатки высокомарганцовистой стали с использованием тсрмомеханической обработки, позволяющая существенно повысить прочностные характеристики металла.

6. Методика и компьютерная система для автоматизированного проектирования калибровок валков при производстве гнутых профилей проката произвольной конфигурации.

Научная новизна. Обобщены результаты использования математических моделей и информационных технологий при проектировании и совершенствовании процессов прокатки, разработан комплекс технологических и технических решений.

1. Создана математическая модель прокатки сортовых профилей, а также компьютерная система для её реализации с программным анализом, выбором альтернативных методов расчёта, широким использованием информационной системы и базы данных для расчёта и оптимизации технологических процессов прокатки, позволяющая определять деформационные, температурные, скоростные, энергосиловые параметры, а также механические характеристики металла.

2. Разработана методика аналитического описания контуров калибров и металла в ходе процесса сортовой прокатки, а также деформационных параметров на его основе.

3. Разработан метод расчёта реологических параметров при горячем деформировании металла с учётом истории нагружения, сил инерции и структурных упрочнений.

4. Получены аналитические выражения для описания формирования механических свойств металла в ходе горячей пластической деформации и последующего охлаждения.

5. Разработана методика определения геометрических размеров, режима деформации, уплотнения порошкового слоя при производстве биметаллического двухслойного и трёхслойного проката с износостойким малопластичным слоем для самозатачивающегося инструмента улучшенной режущей способности и повышенного срока службы.

6. На основе аналитического прогнозирования характеристик проката разработана методика построения технологического процесса прокатки с использованием термомеханической обработки, обеспечивающего получение заданного уровня свойств металла.

7. Разработан способ универсального описания формы профиля, определены типы калибров и соотношения для их построения, создан математический аппарат и методика для автоматизированного расчета процесса профилирования при производстве гнутых профилей проката произвольной конфигурации, а также компьютерная система расчёта калибровок валков с выдачей готовых чертежей.

8. Разработана структура хранения информации, алгоритмы первичной обработки данных, собраны и обработаны сведения по металлическим материалам, теории, технологии и оборудованию их обработки давлением.

Основные разработай получили государственную регистрацию, авторские свидетельства.

Практическая ценность.

Разработана и реализована на персональном компьютере математическая модель процесса горячей прокатки сортовых профилей с использованием информационной системы и базы данных, которая может быть использована как для расчёта всего процесса, так и для определения отдельных параметров с выбором различных методик.

Создана методика и компьютерная программа для статистической обработки больших объёмов данных с автоматическим поиском вида уравнения, а также оптимизации химических составов материа-

лов и технологических параметров, обеспечивающих заданный уровень свойств изделий.

Разработана база данных по отечественным и зарубежным металлическим материалам, их свойствам, технологии и прокатному оборудованию, создана компьютерная среда для её эффективного применения при моделировании процессов прокатки, выборе материалов и технологии.

Создана информационная система в области обработки металлов давлением и смежным разделам науки, которая может быть использована как справочник при разработке и совершенствовании технологических процессов, а также как компьютерный учебник по 17-ти курсам.

Получены данные о влиянии способов получения и условий деформации многослойных материалов на структуру и свойства металла; разработаны технологические процессы прокатки.

Исследовано влияние технологических параметров прокатки высокомарганцовистой стали на структуру и свойства проката; разработана и внедрена в производство новая технология с применением термомеханической обработки.

Создана компьютерная система проектирования калибровок валков для производства гнутых профилей проката произвольных конфигураций, которая не требует специальных знаний при ее использовании.

Реализация работы.

1. Внедрение новой технологии прокатки стали 45Г17103 на заводе "Днепроспецсталь" (г. Запорожье, Украина) позволило получить экономический эффект в размере 24 тыс. руб. (в ценах до 1990 г.).

2. Результаты экспериментальных и теоретических исследований использованы при разработке и опробовании технологии производства двухслойного и трёхслойного металла и получения износостойких изделий в условиях опытно-промышленного производства ЦНИИ-Чсрмета, ВИСХОМа, а также на машиностроительном заводе по вы-

пуску посевных машин "Красная звезда" г. Кировоград. Ожидаемый годовой экономический эффект применения трёхслойных дисков для одного двухдискового сошника составляет 160 тыс. руб. (по ценам 1997 г.).

3. Программа "Система проектирования технологической оснастки при производстве гнутых профилей проката" зарегистрирована в Государственном регистре баз данных научно-техническим центром "Информрегистр" при Государственном Комитете Российской Федерации по связи и информатизации. Внедрено 17 калибровок валков, программа приобретена и используется 5-ю организациями. Экономический эффект от её внедрения превысил 16 млн. рублей.

4. Методика прогнозирования фазового состава и свойств жаропрочных никелевых сплавов передана НПО "Композит" и НПО "ВИЛС".

5. Программа "Расчёт технологических параметров процесса сортовой прокатки" зарегистрирована в ГОСФАП.

6. Программа статистической обработки данных приобретена и используется 5-ю организациями.

7. База данных "Чёрные и цветные металлы" зарегистрирована в Государственном регистре баз данных научно-техническим центром "Информрегистр" при Государственном Комитете Российской Федерации по связи и информатизации. База данных получила 2 диплома на выставках, приобретена и используется 23 предприятиями и организациями.

8. Информационно-обучающая система награждена дипломом 1-ой степени на выставке, широко используется в учебном процессе при обучении студентов по специальностям 110600 "Обработка металлов давлением" и 120900 "Проектирование технических и технологических комплексов".

Апробация работы. Материалы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах:

1. Межотраслевом научно-техническом совещании по расширению сортамента, улучшению технологии, увеличению объёма производства и применению горячекатаных и гнутых профилей проката, Харьков, 1974 г.

2. Научно-техническом совещании "Проблемы и перспективы термомеханической обработки металлов", Волгоград, 1974 г.

3. VII научно-технической конференции "Совершенствование процессов прокатки и волочения", Запорожье, 1976 г.

4. III Всесоюзной научно-технической конференции "Теоретические проблемы прокатного производства", Днепропетровск, 1980 г.

5. Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы производства специальных сталей и сплавов", Электросталь, 1981 г.

6. Всесоюзной научно-технической конференции "Пути повышения долговечности рабочих органов сельскохозяйственных машин", Москва, 1983 г.

7. Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы повышения технического уровня производства чёрных металлов и сплавов и улучшения качества металлопродукции". Тула, 1985 г.

8. VII Всесоюзной научно-технической конференции "Горячее прессование в порошковой металлургии", Новочеркасск, 1988 г.

9. Всесоюзной научно-технической конференции "Обобщение опыта работы молодых учёных, инженеров и рабочих отрасли по экономии материальных и энергетических ресурсов", Донецк, 1989 г.

10. I Всесоюзном симпозиуме "Новые жаропрочные и жаростойкие металлические материалы", Москва, 1989 г.

11. Первом российско-китайском симпозиуме "Actual problems of modem materials science", Москва-Томск, 1992 г.

12. Второй международной научно-технической конференции "Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре", Астрахань, 1995 г.

13. 4-ой международной конференции "Интеграция. Информационные технологии. Телекоммуникации", Москва, 1999 г.

14. III конгрессе прокатчиков. Липецк, 1999 г.

Материалы диссертации докладывались также на научно-технических советах и семинарах на предприятиях, в научно-исследовательских, проектных и учебных институтах.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в монографии, учебном пособии и 53 статьях, по материалам работы получено 7 авторских свидетельств.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения, включающих 513 страниц машинописного текста, 155 рисунков, 54 таблицы, библиографический список из 367 наименований источников отечественных и зарубежных авторов и приложения.

1. РАЗРАБОТКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ

СРЕДЫ

Для реализации идеи широкого использования информационных технологий при моделировании, разработке и совершенствовании технологических процессов прокатки создан программный комплекс, включающий следующие компьютерные средства: математическую модель процесса горячей сортовой прокатки, позволяющую определять деформационные, температурные, скоростные и энергосиловые параметры, а также прогнозировать механические характеристики металла; средства статистической обработки данных и построения уравнений регрессии; пакет программ для осуществления поиска оптимальных составов и параметров процессов; базу данных по металлическим материалам, их свойствам, продукции, оборудованию и технологии прокатного производства; информационную систему по процессам обработки металлов давлением и смежным наукам.

1.1. Математическая модель процесса горячей сортовой

прокатки

Математическая модель базируется на инженерных методах расчёта технологических параметров с возможностью выбора альтернативных подходов, соединена с базой данных и информационной системой, предусматривает возможность прогнозирования свойств проката и оптимизации процесса. Модель включает решение деформационной задачи, определение температуры металла, расчёт энергосиловых параметров процесса, а также механических характеристик металла.

Деформационная задача решена для прокатки в калибрах с использованием аналитического описания формы металла и инструмента, а также различных инженерных методик расчёта основных технологических параметров горячей прокатки. Для описания формы металла и калибра применяется кусочное описание контура в виде отрезков и закруглений, что позволило выполнять расчёты на основании фактических геометрических параметров процесса. Получены выражения для расчёта характеристик формоизменения, изменений конфигурации металла в результате деформации, при кантовке.

Для определения температуры прокатываемого металла в ходе технологического процесса горячей сортовой прокатки и охлаждения осуществлено численное решение уравнения теплопроводности как вне, так и в очаге деформации. На основании выполненного анализа в модели используется одномерная температурная задача, однако имеется возможность определять двумерное температурное поле.

Вне очага деформации учтены граничные условия для каждого этапа прокатки и охлаждения, в том числе ускоренного, с использованием выражений для определения коэффициентов теплоотдачи в различных средах, полученных на основании статистической обработки экспериментальных данных. В очаге деформации учтён разогрев металла за счет работы пластической деформации в виде внут-

реннсго источника энергии.

Теплофизические характеристики металла находятся в базе данных или определяются с помощью регрессионных уравнений, полученных на основании статистической обработки результатов испытаний отечественных и зарубежных черных и цветных металлов и сплавов.

Для расчёта энергосиловых параметров, а также прогнозирования механических характеристик проката разработан метод аналитического определения сопротивления металла деформации с учётом истории нагружения, инерционных сил и структурных упрочнений. Метод основан на учёте реологических изменений - упрочнения и разупрочнения металла в ходе деформационных и термический воздействий.

Рассматривается кривая предельного упрочнения с деформацией упрочнения ву, учитывающей наклеп:

^^-(аг-а.И"1"'6',

где аь а2 — соответственно минимальное и максимальное значения сопротивления деформации при данной температуре; к| — коэффициент, зависящий от химического состава стали и характеризующий крутизну зависимости.

Деформация упрочнения равна деформации, обеспечивающей получение такого же значения сопротивления деформации, но при отсутствии разупрочнения, т. е. характеризует упрочнение. Её следует рассматривать как разность между истинной деформацией в и той частью деформации у, которая не оказывает влияния на механические свойства стали в связи с протеканием процессов разупрочнения (в дальнейшем изложении будем называть се разупрочнением) ву=в-у, или в дифференциальной форме:

с!т

где \ — скорость деформации.

Скорость разупрочнения (1у/с1т принята пропорциональной квадрату условной деформации, характеризующей достигнутое упрочнение

где Я — коэффициент разупрочнения. Тогда

= (^-К-Бу)с1т

Выразим зависимость коэффициентов аь а2 от температуры:

а!=к2 + кз-1 + ; а2=к5 + М + к7-Г Коэффициент К характеризует интенсивность протекания процессов разупрочнения и может быть представлен функцией вида Я=к8- {-кИ+ахс.^ [к9- Ц +кш)]} Для определения дополнительных напряжений от действия инерционных сил получено выражение

Лег

Ро

где \Vo6p — объем образца; тр — масса исполнительных механизмов испытательной машины; 10 — начальная длина рабочей части образца; Р0 — начальная площадь поперечного ссчения образца.

Представляется возможным учесть структурные упрочнения. В случае расчёта сопротивления металла деформации при температурах ниже температуры фазового превращения для учёта фазового наклепа при переходе через температуру, численно равную коэффициенту кц, к деформации упрочнения еу прибавляется коэффициент к]2: еу = еу0+к]2, при I < кц < I + Коэффициенты к)-к)2 для конкретного материала могут быть рассчитаны по опытным данным с использованием метода наимень-

ших квадратов.

Проверка методики расчёта сопротивления деформации для различных сталей и сплавов в широком диапазоне изменений параметров деформации и температуры показала удовлетворительную сходимость результатов расчёта с экспериментальными данными.

Разработана методика прогнозирования механических характеристик проката использован аналитический подход в сочетании с экспериментальным. С этой целью решение задачи определения механических свойств металла разделено на два этапа. На первом этапе рассматривался процесс прокатки от выдачи металла из печи до завершения деформации, то есть до выхода металла из чистовой клети стана. Расчёт этой части технологического процесса проводили с помощью разработанных и описанных выше аналитических зависимостей.

На втором этапе рассматривается охлаждение и термообработка проката. Расчёт этой части технологического процесса можно осуществить двумя способами. Первым способом является прогнозирование механических характеристик с использованием уравнений, отражающих зависимость свойств металла от условий деформации и охлаждения, полученных на основании статистической обработки экспериментальных данных.

Второй способ предполагает дальнейший расчёт упрочнения металла (сопротивления металла деформации) и определение условного предела текучести металла как сопротивления металла деформации при деформации, равной 0,2 %. Остальные механические характеристики определяются с помощью регрессионных уравнений по известному пределу текучести или аналитическим путём по разработанной методике:

ст

к, (а2 -а,)-(1 + к,)]'

а

5 =-

-•100%;

= (1 _ е^0 ^ )■ 100%; КСи = (А—А0)-1,

где ств - предел прочности; 8 - относительное удлинение, %, \|/ - относительное сужение, %; 1„ - ширина надреза на образце для испытания на ударную вязкость; КСи - ударная вязкость;

А0 = )о,(еу)^еу; А = а2 .Е„ +(а2 -а^-Це"'*» -1);

О к1

1=1н (1+0,01-5); е = 1п—+ е

УР "' р ' -уо'

Рц =Р0-ехр

1 , а,

+--7-->

. у0 к, (а2-а,).(1+кь

Аналогичным образом можно определить свойства металла при повышенных температурах. Однако в этом случае необходимо учитывать разупрочнение металла и уменьшение работы разрушения А на величину

I

АА= |с(Ч)-<К

20' С

При вводе химического состава материалов, определении механических и теплофизических характеристик материалов, параметров оборудования используются базы данных. Для расчёта сопротивления металла деформации осуществляется поиск экспериментальных значений в базе данных и вычисление параметров, характеризующих материал для предложенного в данной работе метода и других методик.

Разработанная компьютерная среда включает 166 экранных форм и 304 файла с программными модулями. Она может быть ис-

пользована в обычной форме для выполнения полного расчёта процесса прокатки, а также для вычисления отдельных параметров и выполнения исследований с выбором различных методик и исходных значений, а также для расчета калибровок валков при прокатке простых сортовых профилей. Вариант программы "Расчёт технологических параметров процесса сортовой прокатки" зарегистрирован в ГОСФАП.

1.2. Статистическая обработка данных и построение уравнений

регрессии

Для эффективной обработки дискретных данных и получения регрессионных зависимостей при исследовании и моделировании технологических процессов прокатки разработан алгоритм и составлена программа, которая осуществляет статистическую обработку данных, определение коэффициентов корреляции, поиск оптимального вида функционального выражения при аппроксимации данных с произвольным числом факторов и откликов, степени полинома, использовании экспоненциальных и логарифмических преобразований и т.д.

Разработанный алгоритм предполагает на первом этапе первичную статистическую обработку данных для анализа степени взаимной зависимости факторов. Далее осуществляется аппроксимация данных методом наименьших квадратов с выбором вида зависимости и степени полинома.

Вид зависимости задает возможные способы преобразований аргументов при построении уравнения регрессии - степенной зависимости, показательной (экспоненте), логарифмической: (т VI (т

у = £кгХгХ2-...Хп или у=ехр £кгХгХ2-...-Х„

1=1

V

¡=1

или у =

(ш

1п £кгХгХг..,Хп

М=1

где XJ• = х|2 •exp(xj)•[ln(xj)] 3;

у - отклик; xj - фактор (¡=1 ...п); п - число факторов; к; - коэффициенты регрессии (1=1...ш); ш - число членов в уравнении регрессии; а], а2, а3, - показатели степени -/ < а < /; / - максимальная степень полинома.

В методике и программе реализованы следующие возможности: обработка матриц с произвольным числом факторов и откликов, с максимально возможным использованием данных для матриц с недостающими значениями; выброс резко выделяющихся значений в матрице исходных данных; вычисление коэффициентов линейной парной и множественной корреляции; расчёт уравнений регрессии произвольного порядка с положительными и отрицательными степенями, логарифмическими и экспоненциальными преобразованиями, применяемыми как к отдельным факторам, так и ко всему выражению; автоматический поиск наилучшего вида уравнения с использованием специального алгоритма, позволяющего в максимальной степени избежать ошибок из-за взаимной корреляции между членами полинома и погрешностей вычислений; определение статистических характеристик уравнения регрессии и матрицы исходных данных; перестановка столбцов, принудительный выброс строк без изменения записи исходной матрицы; отсев незначащих членов уравнения регрессии; сортировка матрицы исходных данных; выдача результатов в виде таблиц и графиков; расчёты выполняются с удвоенной точностью.

Программа статистической обработки данных приобретена и используется 4-мя российскими и зарубежной организациями.

1.3. Поиск оптимальных составов и параметров процессов

Эффективность решения большинства задач разработки и совершенствования технологических процессов во многом зависит от правильности постановки задачи оптимизации и качества применяемых методов решения. В связи с этим был разработан подход и программа для поиска оптимальных условий для случая большого числа определяемых параметров и сложной модели процесса.

Поиск неизвестных параметров осуществляется двумя способами. Сначала выполняется перебор возможных комбинаций значений неизвестных параметров в заданном интервале с некоторым шагом по параметру (метод сканирования). Это позволяет в большинстве случаев найти область глобального оптимума. Лучший набор значений искомых параметров затем используется для поиска локального оптимума совместно методами конфигураций и наискорейшего спуска с некоторыми дополнениями.

Расчёт технологических параметров, при которых достигается требуемый уровень свойств проката, осуществляется на основании построения и анализа расчётных зависимостей или с помощью программного поиска. В обоих случаях использовали математическую модель процесса горячей сортовой прокатки, позволяющую для заданного технологического процесса определять ожидаемые механические свойства металла.

В случае программного поиска параметров технологии в качестве критерия использовали величину относительного среднеквадрати-ческого отклонения с весовыми коэффициентами и значимостью.

Методика и программа были использованы при поиске оптимальных химических составов, технологических параметров, при поиске коэффициентов в сложных эмпирических уравнениях, а также при разработке технологических процессов прокатки сортовых профилей с применением высокотемпературной термомеханической обработки, внедренных с большим экономическим эффектом.

1.4. База данных по чёрным и цветным металлам и сплавам

База данных содержит информацию по производству чёрных и цветных металлов в странах СНГ. Разработанная структура базы данных, а также ее наполнение и программная оболочка позволяют осуществлять быстрый поиск информации о химических составах и аналогах отечественных и зарубежных цветных и чёрных металлов и сплавов, назначении и условиях применения, режимах термообработки, механических, физических свойствах, требованиях стандартов, технологии и характеристике имеющегося на предприятиях прокатного оборудования и т.д. Предусмотрена возможность получения информации о производителях различных видов металлопродукции -плоского и фасонного проката, труб, проволоки, прутков, заготовок, ферросплавов, порошков и т.д.

Собраны данные по 1268 предприятиям черной металлургии, 7291 отечественной и 18543 зарубежным маркам стали и сплавов. Перечень продукции включает около 2,1 млн. позиций, профильный сортамент - 55780 позиций, стандартов - 4814 российских и 2764 зарубежных, а список профилей - 6838 наименований.

База данных содержит информацию по 742 предприятиям цветной металлургии, 1887 отечественным и 1683 зарубежным материалам. В перечень цветных металлов включены цинковые, кадмиевые, индиевые, оловянные, свинцовые, никелевые, медные сплавы, латуни, бронзы, биметаллы, драгоценные, тугоплавкие и другие металлы и сплавы. Перечень продукции включает 37840 позиций, профильный сортамент - 4435 позиций, стандартов - 2351 российских и 1370 зарубежных, список профилей - 2270 наименований.

Суммарный объём информации в базе данных - свыше 4,5 ГБ.

Программная оболочка включает алгоритмы предварительной обработки данных, в частности, расчёт прогнозируемых значений физических и механических характеристик материалов при отсутствии требуемых данных в базе.

Оболочка базы данных имеет две модификации - для работы на локальном компьютере и сетевая версия.

База данных "Чёрные и цветные металлы" зарегистрирована в Государственном регистре баз данных научно-техническим центром "Информрегистр" при Государственном Комитете Российской Федерации по связи и информатизации, награждена грамотами на выставках, приобретена и используется российскими и зарубежными организациями и частными лицами.

1.5. Информационно-обучающая система в области обработки

металлов давлением

С целью облегчения поиска требуемой информации в области обработки металлов давлением и в смежных разделах науки создана информационная компьютерная система, которая представляет собой значительный объём информации, эквивалентный десяткам учебников, разбитый на отдельные небольшие фрагменты (статьи), объединённые с помощью системы перекрестных ссылок (гиперссылок) и оглавлений.

Разработана структура хранения информации и система доступа к данным, собраны, обработаны и внесены в базу сведения по теории, технологии и оборудованию процессов обработки металлов давлением и смежным разделам науки. Электронная информационно-обучающая система включает следующие разделы: "Математика", "Статистика", "Вычислительная техника и программирование", "Моделирование и оптимизация", "Теплотехника", "Отечественные и зарубежные черные и цветные металлы", "Металлография", "Теория обработки металлов давлением", "Металлофизика пластической деформации", "Теория продольной прокатки", "Оборудование прокатных цехов", "Прокатные станы СНГ", "Технология сортовой прокатки", "Технология листовой прокатки", "Производство гнутых профилей проката", "Кузнечное производство", "Основы технологии произ-

водства труб", "Волочение", "Прессование", "Производство биметаллов", "Основы литейного производства", "Основы термической обработки", "Управление качеством продукции", "Проектирование металлургических предприятий", "Основы строительного дела". В общей сложности система содержит 131 МБ информации, собранной в 8739 файлах, включает около 24 тыс. гиперссылок, список литературы -свыше 1600 наименований.

В зависимости от выбранного способа доступа к информации компьютерная система может быть использована как справочник, энциклопедия, компьютерный (электронный) учебник. Система является многоуровневой и позволяет изучать проблему с различной степенью детализации.

Информационная компьютерная система может работать как на отдельном компьютере, так и в сетях (локальных и глобальных типа Internet).

Информационно-обучающая система широко используется в учебном процессе при обучении студентов по специальностям 110600 "Обработка металлов давлением" и 120900 "Проектирование технических и технологических комплексов".

Таким образом, создан программный комплекс, который предназначен для работы в операционной системе Windows-95(98) и реализован в интегрированной среде Delphi-5, что позволило организовать удобное общение человека с компьютером в диалоговом режиме в соответствии с принятыми в настоящее время правилами создания интерфейса в прикладных системах на персональных компьютерах с использованием автоматически появляющихся форм (окон), содержащих поля ввода с пояснениями, кнопок, меню (выпадающих списков), графиков, чертежей и т.д.

Программы снабжены фрагментарными подсказками с древовидной структурой с подробным описанием применяемых методов, пояснениями и рекомендациями к любому фрагменту программы, которые появляются после нажатия кнопки F1 или специальной

кнопки "Помощь" на каждой форме. Описания оформлены в виде файлов в формате HTML с использованием гиперссылок.

Расчётные программы включают обширную диагностику вводимой информации с целью обнаружения нереальных значений и предупреждения о возникновении ошибок.

Разработанный аппарат компьютерных программных средств для использования информационных технологий позволяет наиболее рационально подойти к совершенствованию процессов производства прокатной продукции. Общая схема решения практических задач с использованием созданного комплекса включает следующие основные этапы: поиск и изучение сведений по рассматриваемой проблеме с помощью информационно-обучающей системы и литературы; поиск данных, характеризующих материал и технологию его производства в базе данных и на производстве; построение уравнений регрессии по этим данным с помощью программы статистической обработки; выполнение анализа и предварительных расчётов с использованием математической модели процесса прокатки; поиск химического состава и технологических параметров, обеспечивающих выполнение требуемых условий, с помощью программы оптимизации.

Предложенный подход апробирован на всех этапах производства - от поиска химического состава металла вплоть до отработки технологии для получения требуемых характеристик готовых изделий.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ

СВОЙСТВ СПЛАВОВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Прогресс ракетно-космической и авиационной техники, многих других отраслей производства во многом определяется характеристиками жаропрочных сплавы на основе никеля. Однако традиционные способы улучшения их качества практически исчерпали свои возможности. Развитие методов гранульной металлургии, сняло многие ограничения по увеличению содержания легирующих элементов в

сплавах, тем самым расширив перспективу дальнейшего повышения их свойств. Это позволило создать серию сплавов с повышенным уровнем прочностных характеристик и жаропрочности. Вместе с тем, необходим более тонкий баланс содержания легирующих элементов с целью предотвращения выделения охрупчивагощих фаз в высоколегированных жаропрочных сплавах, уменьшение температурного интервала между температурой полного растворения у'-фазы и началом плавления и т.д.

В связи с этим в работе создана модель фазообразования в гранулированных жаропрочных никелевых сплавах. В основу расчёта фазового состава положен РНАСОМР-метод, доработанный с учётом специфики фазообразования в высоколегированных гранулированных жаропрочных сплавах и результатов исследований последующих лет.

В качестве критерия устойчивости аустенитной матрицы к выделению охрупчивающих фаз, связанной с потерей устойчивости её ГЦК-решетки из-за перелегирования, использовали концентрацию электронных вакансий - Превышение некоторого критического значения - 1Чу,ф приводит к образованию охрупчивающих фаз.

Используя методы статистического анализа приемо-сдаточных испытаний сплавов были построены уравнения регрессии, позволяющие на основании химического состава определять характеристики выделяющихся фаз - температуры начала и полного растворения у'-фазы, температуру солидуса сплава, значения периодов решеток у и у'-фаз, а также механические свойства - пределы прочности и текучести, относительное удлинение и относительное сужение при комнатной температуре и при 800 °С, ударную вязкость при 20 °С.

На базе модели разработан алгоритм и составлена программа, позволяющая решать следующие задачи: контроль промышленных плавок на склонность к выделению охрупчивающих фаз; определение вероятности появления плавок, склонных к охрупчиваншо в пределах заданных интервалов изменения химического состава сплава (например, в рамках технических условий); корректировку составов сущест-

вующих сплавов и проектирование новых с целью обеспечения заданного комплекса свойств; прогнозирование механических свойств высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов.

Для определения вероятности попадания композиций в закрити-ческую область, т.е. оценки доли скрытого в рамках технических условий брака, была построена кривая распределения значений электронных вакансий от изменения состава. При этом использовано несимметричное комбинированное распределение, полученное из двух половин Г-распределения. Параметры распределения выбирали на основании опытных данных так, чтобы обеспечить минимум срсдне-квадратического отклонения теоретической кривой от экспериментальной.

Разработанный математический аппарат применен для анализа серии промышленных сплавов, в результате чего было показано, что у некоторых из них в технических условиях заложена возможность появления плавок, имеющих склонность к выделению охрупчиваю-щих фаз.

Для отсева плавок, имеющих склонность к выделению охрупчи-вающих фаз, на ранних стадиях производства необходим поплавочный расчётный контроль их химического состава. Такая система контроля с использованием разработанной программы передана на ряд ведущих предприятий страны.

Выполненный комплекс экспериментальных исследований и разработанный математический аппарат описания состояния, прогнозирования структуры и свойств жаропрочных сплавов на основе никеля позволил более рационально подойти к проблеме проектирования новых сплавов с заданным комплексом механических свойств и характеристик фазовых составляющих.

Для оптимизации химического состава построен обобщенный критерий оптимизации, применение которого позволяет получать максимальный уровень свойств сплава не выходя за рамки допустимых значений и спроектирован опытный сплав, исследование струк-

туры и свойств которого показало хорошее совпадение расчётных и экспериментальных значений характеристик. Выполнены исследования деформируемости и характера разрушения сплава. На этот сплав, а также на три последующих получены авторские свидетельства.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ИЗНОСОСТОЙКИХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Проблема повышения служебных свойств рабочих органов сельскохозяйственных машин, работающих в условиях интенсивного абразивного износа, весьма актуальна. Для снижения потерь металла наиболее изнашиваемые поверхности рабочих органов сельхозмашин упрочняют износостойкими материалами. Более 90 % общего объёма упрочняемых деталей приходится на долю индукционной наплавки, однако упрочнённые таким образом детали не всегда удовлетворяют техническим требованиям, предъявляемым к данному виду продукции.

Перспективным направлением решения проблемы повышения качества, надежности и долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин является их производство из биметаллического проката. Однако износостойкие материалы имеют в своей структуре большое количество карбидной фазы, которая, в свою очередь, отрицательно влияет на их прочностные и пластические свойства и делает невозможным получение заготовок обычными способами. Применение же методов порошковой металлургии расширяет область применения износостойких материалов и позволяет деформировать даже такие материалы, которые традиционно считались неподдающимися обработке давлением.

При выборе химического состава сплава для износостойкого слоя исходили из того, что наиболее подходящей является система Ре-Сг-С, а оптимальное соотношение между износостойкостью и

прочностными свойствами наблюдается при наличии в сплавах порядка 30 % по объему мелкодисперсной карбидной фазы с микротвердостью несколько более высокой, чем у абразива. Поскольку наибольшей изнашивающей способностью из числа фракций, входящих в состав почв, обладают частицы кварцевого песка, то по микротвердости карбид типа М7С3 наиболее приемлем по сравнению с остальными возможными типами карбидов этой системы. С учетом этого сплав должен содержать 2,4-2,8 % углерода и 19,0-21,0 % хрома. В качестве аустенитостабилизирующих элементов использовали марганец и никель в пределах 1,5-2,5 %. Последующие исследования позволили установить, что легирование никелем более предпочтительно, чем марганцем. На сплав 260Х20Н2 получено авторское свидетельство.

Изменение относительных размеров образцов сплавов при нагреве и охлаждении является одним из основных физических свойств, которое необходимо учитывать при получении многослойных изделий. В связи с этим были выполнены дилатометрические исследования, установлены критические точки для подбора режимов термообработки и анализа фазовых и структурных переходов.

Структура износостойких сплавов в литом состоянии соответствует структуре белых доэвтектических чугунов и состоит из первичного аустенита и эвтектики. Под действием пластической деформации происходит раздробление эвтектики и измельчение эвтектических карбидов в плавках, содержащих как никель, так и марганец при степенях деформации до 50 %. В дальнейшем их размер стабилизируется.

Порошок высокоуглеродистого, хромоникслевого сплава получали путём распыления водой и азотом. Распыление как водой, так и азотом обеспечивает получение порошка износостойкого сплава стабильного химического и гранулометрического состава. Содержание кислорода в обоих случаях находится на достаточно низком уровне.

Изучение структуры компактного хромоникелевого порошкового сплава показало, что способ получения порошка не оказывает влияния на структуру и после компактирования путём экструзии и газостатического прессования, она представляет собой мелкодисперсные карбиды, равномерно распределенные в матрице. Исследование механических свойств сплава на статический изгиб, ударную вязкость и растяжение проводили при комнатной и повышенных температурах.

Высокая относительная износостойкость хромоникелевого сплава с твёрдостью НИС 58-64 обеспечивается оптимальным содержанием карбидной фазы. Установлено, что износостойкость компактного сплава не зависит от способа получения и компактирования порошка, как и от уровня содержания в нем кислорода. Максимальный уровень износостойкости наблюдается после закалки с температур 950 и 1100 °С. Применительно к технологии получения биметаллов с плакирующим износостойким слоем из рассматриваемого сплава имеется возможность достижения высоких значений износостойкости без последующей термообработки.

Биметаллические слитки получали путём заливки жидкой сталью твердых вставок с использованием кокиля специальной конструкции. В процессе деформации слитков серпения, скручивания, изгиба выходящего из валков биметалла и отслоения плакирующего слоя от основного металла, смещения вставки от исходного положения не наблюдалось. В биметаллической полосе плакирующий слой находился на поверхности полосы, располагался по её центру и имел равномерную толщину как по ссчснию, так и по всей длине полосы.

Исследование деформации компонентов биметаллов при прокатке показало, что по всей длине очага деформация плакирующего слоя меньше, чем основного, наибольшая неравномерность деформации наблюдается в биметаллическом слитке в области нейтрального ссчс-ния. В полосе при обеих температурах неравномерность деформации выражена слабее. Для полосового биметалла как при температуре

1100 °С, так и при 850 °С в начале очага деформации плакирующий компонент практически не деформируется.

Исследования изгиба биметаллической полосы при последе-формационном охлаждении показали, что минимальный прогиб биметалла наблюдается в случае присутствия в структуре плакирующего износостойкого сплава минимального количества остаточного ау-стенита, что достигается при температурах конца деформации 8001000 °С.

Для получения опытно-промышленной партии сдвоенного биметаллического лемешного профиля 160x8x3 мм были разработаны технические условия и калибровка валков. Исследования схватывас-мости плакирующего слоя с основным металлом показали, что прочность сцепления слоев биметалла находится на приемлемом уровне при различных режимах термической обработки.

С целью проверки работоспособности износостойкого биметалла из сдвоенного лемешного профиля в состоянии после прокатки без термообработки были изготовлены лемехи культиватора-плоскореза. Испытания биметаллических экспериментальных лемехов проводились совместно с серийными лемехами, у которых плакирующий слой получен индукционной наплавкой сплава Сормайт-1. Полевые испытания показали, что темп износа серийных лемехов составил 0,14 мм/га, в то время как для экспериментальных этот показатель находится в пределах 0,1-0,11 мм/га, т.е. износостойкость экспериментальных лемехов на 20-30 % оказалась выше, чем у серийных. Самозатачиваемость экспериментальных лемехов происходит намного лучше, чем серийных. Такие показатели процесса самозатачиваемости как ширина затылочной фаски, угол её наклона ко дну борозды и радиус заострения составили соответственно для экспериментального лемеха 2,5-5,0 мм; 5-10°; 0,2-0,3 мм, а для серийного -6-13 мм; 24-36°; 0,6-0,7 мм. Таким образом, экспериментальные лемехи с плакирующим износостойким слоем показали более высокие служебные свойства даже без термообработки.

Разработана промышленная технология производства биметаллических изделий. При этом предложены новая конструкция изложницы и способ разделения-заточки, на которые получены авторские свидетельства.

4. ПРОИЗВОДСТВО ТРЁХСЛОЙНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ТВЁРДЫМ ПОРОШКОВЫМ СЛОЕМ

Новый износостойкий сплав, а также выполненные исследования позволили решить и другую проблему - получение самозатачивающихся изделий типа диска сошника. Осуществить наплавку плоских деталей толщиной менее 4 мм, технически сложно, так как возникающие при местном нагреве напряжения приводят к остаточным деформациям зоны упрочнения, которые значительно превышают допустимые по условиям изготовления. Наиболее эффективным способом получения самозатачивающегося тонколистового инструмента является его изготовление из биметаллического проката. Благодаря симметричному расположению слоев исключается поводка биметаллической детали при термообработке, и появляется возможность механической обработки режущей части инструмента с двух сторон. Однако при получении промышленных трёхслойных слитков с твёрдым сердечником из карбидных сталей из-за низких теплопроводности и вязко-прочностных свойств последних происходит разрушение вставки под воздействием термического удара при заливке жидкой углеродистой стали. В связи с этим целесообразно в качестве вставки применять контейнер со свободно засыпанным порошком износостойкого сплава.

В качестве основного слоя биметалла использовали сталь 45, для износостойкого слоя - новый сплав 260Х20Н2, порошок которого получали методом распыления расплава водой в среде азота. Компак-тирование порошка осуществляли путём горячей экструзии в капсулах с 8-10 кратной вытяжкой.

С целью разработки температурио-деформациоиного режима прокатки износостойкого биметалла исследовали зависимости сопротивления деформации и пластичности его компонентов при температурах горячей обработки давлением. По результатам испытаний компонентов биметалла на статическое растяжение при повышенных температурах установлено, что при 800-900 °С прочностные свойства компактного порошкового сплава в 2,0-2,1 раза больше стали 45, по мере увеличения температуры разница в прочностных свойствах исследуемых материалов постепенно уменьшается и при 1200 °С практически исчезает. Пластичность компактного сплава 260Х20Н2-МП достаточно высокая в интервале температур 900-1200 °С.

В работе проведено теоретическое исследование процесса деформации при прокатке трёхслойного биметалла с центральным некомпактным слоем износостойкого порошкового материала. Полученные зависимости использовали для определения геометрических соотношений, а также для составления методики расчёта режима обжатий при прокатке биметаллического слитка.

Результаты расчётов подтверждены экспериментальными исследованиями. Среднсквадратическое отклонение расчётных значений относительной плотности порошкового слоя, полученных по разработанной программе, от экспериментальных данных составило 4 %.

Слоистые слитки получали путём заливки жидкой сталью 45 установленных в кокиле герметичных контейнеров со свободно засыпанным порошком сплава 260Х20Н2. Слитки прокатывали в соответствии с рассчитанным режимом обжатий в интервале температур 9001200 °С. Получено равномерное расположение порошкового слоя в поперечном и продольном направлениях без смещения и разрывов. Установлено, что значительное увеличение плотности происходит на начальном этапе прокатки при общей вытяжке менее 4,5, а для достижения 100 % плотности порошкового слоя при прокатке слоистых слитков необходима общая вытяжка не менее 8. Твёрдость центрального слоя после воздушной закалки от температуры конца прокатки

1000-1050 °С составила НИС 60-61.

Анализ микроструктуры биметалла после прокатки с вытяжкой 8,31, в результате достаточной деформации и диффузии между сталями 45 (основа) и 08кп (капсула) образуются общие зерна, поэтому четко выраженной границы между ними не наблюдалось. Структура сплава 260Х20Н2-МП представлена мелкодисперсными равномерно распределёнными в аустенитно-мартенснтной матрице карбидами со средним размером 1,5 мкм.

Влияние термической обработки на свойства трёхслойных полос изучали при помощи испытаний на статическое растяжение при комнатной температуре и твёрдости центрального слоя. Образцы биметалла и его компонентов испытывали после таких видов термообработки как отжиг, закалка, закалка+отпуск. В результате исследования установлено, что наибольшие значения прочностных и пластических характеристик (ст0,2=655 МПа, ств=820 МПа, 85=1,2 %) закалённый на воздухе от 1000 °С биметалл приобретает после отпуска при 300 °С. Твёрдость центрального слоя после закалки составила НЯС 60-61, отпуск при 200 °С не вызывал её уменьшение, после отпуска при 300400 °С снижалась до Н11С 55-56 из-за частичного распада мартенсита, а при температуре отпуска 500 °С увеличивалась до НЯС 59 (вторичное твердение), благодаря превращению остаточного аустенита. Механические свойства биметалла после отжига составили ст02=395 МПа, стп=565 МПа, 55=4,6 %. Для оценки технологической пластичности трёхслойных полос проводили испытания на загиб в холодном состоянии отожженных образцов вокруг оправки. Угол, при котором образцы разрушались, составил 147-155°.

С целью проверки работоспособности трёхслойного износостойкого биметалла сталь 45-260Х20Н2-сталь 45 на Кировоградском заводе по выпуску посевных машин из тонких полос была изготовлена опытная партия дисков сошников зерновых сеялок. Биметаллические диски прошли стендовые испытания, которые показали двухкратное увеличение ресурса детали по сравнению с серийными из стали 65Г,

кроме того у трёхслойных дисков происходило стабильное самозатачивание с сохранением формы лезвия в процессе работы.

Предложена технологическая схема получения тонких биметаллических листов и полос 45+260Х20Н2-МП+45, включающая шесть основных этапов. Ожидаемый годовой экономический эффект применения трёхслойных дисков для одного двухдискового сошника составляет 160 тыс. руб. (по ценам 1997 г.).

5. ПРОИЗВОДСТВО ТЕРМОУПРОЧНЁННОГО ПРОКАТА

ВЫСОКОМАРГАНЦОВИСТОЙ СТАЛИ

Прочностные свойства проката стали 45Г17ЮЗ на станс 325 завода "Днепроспецсталь", зависящие от многих факторов, включая выплавку, разливку, нагрев, прокатку и охлаждение, характеризуются значительной нестабильностью. Поскольку сталь 45Г17ЮЗ относится к аустенитному классу, то применить к ней обычный метод упрочнения - термическую обработку, не представляется возможным. Для выхода из этого положения потребовались новые решения, позволяющие повысить прочностные характеристики стали в процессе прокатки.

Поскольку механические характеристики проката зависят от значений технологических факторов прокатки и охлаждения, то разработке технологии предшествовало исследование влияние температурных и деформационно-скоростных параметров процесса на уровень свойств, выполненное для конкретных условий производства. Расчёт сопротивления деформации производили по ходу технологического цикла прокатки вплоть до полного охлаждения металла. Условный предел текучести определяли по значению сопротивления металла деформации при температуре 20 °С и деформации, равной 0,2 %. По известному значению предела текучести с помощью эмпирических формул находили значения остальных механических характеристик проката.

Результаты аналитического исследования позволили установить оптимальные параметры и рекомендовать новый технологический режим прокатки, который заключается в деформации металла в последней клети при температуре 850-900 °С с принятыми на стане деформационно-скоростными параметрами и ускоренным охлаждением после прокатки.

Предложенный технологический режим подтвержден экспериментально в промышленных условиях. Внедрение новой технологии полностью ликвидировало переназначение и отгрузку металла без контроля механических свойств. Только за счет этого на заводе получен экономический эффект в размере 24 тыс. руб. (в ценах до 1990 г.)

6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАЛИБРОВОК ВАЛКОВ ДЛЯ

ПРОИЗВОДСТВА ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ ПРОКАТА

Разработка калибровки валков для производства гнутых профилей проката представляет собой довольно сложную трудоемкую задачу. Это связано с необходимостью выполнения большого объёма вычислений, изготовлением чертежей, а также потребностью в оптимизации калибровки.

Принятый способ описания формы полосы и разработанная методика определения маршрута профилирования позволили составить общий алгоритм для расчёта калибровки валков при производстве гнутых симметричных и несимметричных профилей практически любых реальных конфигураций типа уголок, швеллер, змейка, корыт-ный, замкнутый профиль и т.д. Программа базируется на математической модели процесса профилирования полосы, позволяющей рассчитывать геометрические и энергосиловые параметры. Разработанный алгоритм позволяет рассчитать калибровку формующих клетей, вывести чертежи колец и бандажированных валков в собранном виде, включает поиск рациональных путей профилирования, глубокий анализ ситуаций, возможностей, многочисленные проверки и на-

правления осуществления процесса гибки на каждом этапе производства.

Графическое представление конфигурации профиля заготовки, промежуточных и конечного профиля, контрольное измерение размеров с помощью, например, системы AutoCAD облегчит разработку калибровки и уменьшает число ошибок при подготовке исходных данных и в процессе расчёта.

Прежде чем приступить к расчёту калибровки производится проверка его технологичности.

Собственно процесс разработки калибровки можно разбить на два этапа - разработку схемы профилирования и вывод чертежей. Прежде всего определяется стратегия - выбирается система формирования профиля. Программа определяет способ формования (к центру, от центра, по всей длине, попарная подгибка для профилей типа "змейка" или комбинированный) и предлагает его для корректировки.

Предусмотрена возможность расчета калибровки валков при горячем формовании профиля, с этой целью в исходных данных указывается температура нагрева заготовки. В ходе расчётов учитывается изменение линейных размеров полосы, обусловленное температурным расширением металла.

Можно выбрать поштучное профилирование или непрерывный способ формования. Закругления можно формовать с постоянным радиусом для лучшей фиксации профиля или с постоянной длиной дуги для меньшего утонения полосы. Ширина требуемой заготовки определяется с учётом особенностей формования и вытяжки металла в местах изгиба.

Режим деформации по проходам выбирается на основании предельных углов подгибки, определяемых на основании данных о геометрии и свойствах материала. Для определения максимальных углов подгибки получены регрессионные уравнения. В расчётах процессов профилирования несимметричных профилей предусмотрена оптимизация углов подгибки, обеспечивающая отсутствие скручивающих

моментов.

На основании полученного режима формования производится конструирование калибров. Программа позволяет рассчитывать профилировку горизонтальных, вертикальных, валков с наклоненными под произвольными углами осями, а также предусматривает возможность расчёта калибровки валков с различными диаметрами в каждой клети, например, увеличивающимися от клети к клети для создания натяжения.

Элементы профиля и калибра в каждом проходе определяются с учётом характера профиля и особенностей оборудования. В рамках данной работы выполнен анализ типов калибров, применяемых при производстве гнутых профилей проката. Разработана методика выбора наиболее рационального типа калибра на каждом этапе профилирования для любого профиля.

Работа программы по разбивке бандажа на отдельные ролики осуществляется в режиме советника - компьютер предлагает свой вариант, который можно при желании скорректировать.

После разбивки на бандажи всех валков выдастся сводная таблица размеров колец и данные передаются в систему AutoCAD для выдачи чертежей всех бандажей и сборочных чертежей. Ролики группируются по типам, чертежи выдаются с таблицей изменяющихся размеров в соответствии с требованиями соответствующих стандартов на чертежную документацию.

Основным результатом работы программы являются рабочие чертежи роликов и бандажей, которые могут быть переданы непосредственно в производство. Некоторая корректировка возможно потребуется только для сдвига наползающих друг на друга размеров и нанесения штриховки.

Программа зарегистрирована в Государственном регистре баз данных научно-техническим центром "Информрегистр" при Государственном Комитете Российской Федерации по связи и информатизации. Она приобретена и используется рядом предприятий России. С

её помощью были разработаны и успешно эксплуатируются калибровки валков для производства всевозможных гнутых профилей типа "змейка", равнополочного и неравнополочного швеллера, уголка, сложных замкнутых и полузамкнутых. Экономический эффект от внедрения калибровок составил 16,45 млн. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Создан комплекс для разработки и совершенствования процессов прокатки, включающий модели процессов, математический аппарат для обработки данных и оптимизации параметров, базу данных, информационную систему. В результате исследований, выполненных на основе созданного комплекса, разработаны и внедрены технологические процессы производства прокатной продукции повышенного качества и получен экономический эффект. Составляющие комплекса зарегистрированы в ГОСФАП, Государственном регистре баз данных, награждались дипломами на выставках, приобретены многими организациями и частными лицами в нашей стране и за рубежом.

1. Разработана математическая модель горячей прокатки сортовых профилей. Получены аналитические выражения для расчета сопротивления металла деформации с учетом истории нагружения, инерционных сил и структурных упрочнений, получены зависимости для описания формирования механических свойств металла в ходе горячей пластической деформации и последующего охлаждения, разработана методика описания контура калибра и металла. Создана компьютерная система с программным анализом, выбором альтернативных методов расчёта, использованием информационной системы и базы данных для расчёта и оптимизации технологических процессов прокатки. Программа зарегистрирована в ГОСФАП.

2. Разработана методика и программа для статистической обработки данных с автоматическим поиском вида уравнения, а также оптимизации составов материалов и технологических параметров. Про-

грамма для статистической обработки приобретена и используется рядом организаций.

3. Создана база данных по отечественным и зарубежным чёрным н цветным металлам и сплавам, их физическим, механическим и технологическим свойствам, оборудованию, технологии прокатки и режимам термической обработки, создана компьютерная среда для поиска и первичной обработки данных при разработке и совершенствовании технологических процессов прокатки. База данных зарегистрирована в Государственном регистре баз данных, награждена дипломами, приобретена и используется российскими и зарубежными предприятиями и организациями.

4. Создана информационная компьютерная система в области обработки металлов давлением и смежных разделах науки, которая может быть использована как справочник при разработке и совершенствовании технологических процессов, а также как компьютерный учебник по 17-ти курсам. Разработана структура хранения информации и система доступа к данным, собраны, обработаны и внесены в базу сведения по теории, технологии и оборудованию процессов обработки металлов давлением и смежным разделам науки. Информационная система внедрена в учебный процесс.

5. Разработана математическая модель фазообразования в жаропрочных никелевых сплавах, прогнозирования свойств металла и, на сё основе, методика контроля промышленных сплавов на образование охрупчивающих топологически плотноупакованных фаз, которая передана в ведущие организации страны. Предложены новые жаропрочные сплавы различного назначения с повышенным уровнем свойств.

6. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана и опробована технология получения биметаллических износостойких изделий с местным расположением плакирующего слоя, обеспечивающая получение изделий с повышенным сроком службы. Предложен химический состав износостойкого сплава для

плакирующего слоя биметаллических изделий, обеспечивающий необходимое количество и тип карбидной фазы после термообработки и требуемый уровень физических свойств. Установлено, что по механическим свойствам высоколегированный сплав соответствует сталям ледебуритного класса, а по уровню износостойкости превосходит их в 1,5-3 раза за счет наличия в его структуре мелкодисперсных равномерно распределенных карбидов.

7. Разработана методика расчёта режима прокатки трёхслойного металла с порошковым слоем. На основе комплексных экспериментально-теоретических исследований разработана технологическая схема процесса производства трёхслойного проката для дисков сошников, ресурсные стендовые испытания которых показали превосходство биметаллических изделий по износостойкости как минимум в 2 раза в сравнении с серийно производимыми монометаллическими дисками, а также стабильное самозатачивание трёхслойных дисков в процессе работы. Ожидаемый годовой экономический эффект применения трёхслойных дисков для одного двухдискового сошника составляет 160 тыс. руб. (по ценам 1997 г).

8. В результате аналитических исследований влияния технологических параметров прокатки на структуру и свойства высокомарганцовистой стали разработана технология термомеханической обработки, обеспечивающая получение повышенного уровня прочностных характеристик металла. Внедрение новой технологии прокатки стали 45Г17ЮЗ на заводе "Днепроспецсталь" позволило получить экономический эффект в размере 24 тыс. руб. (в ценах до 1990 г.)

9. Создан математический аппарат и методика определения маршрута профилирования, типа и конфигурации калибров для автоматизированного расчёта процесса профилирования при производстве гнутых профилей проката произвольной конфигурации, а также компьютерная система расчёта калибровок валков с выдачей готовых чертежей. Компьютерная система зарегистрирована в Государственном регистре баз данных, награждена дипломом, с её помощью

разработано и внедрено 17 калибровок валков для производства гнутых профилей различного назначения, экономический эффект от внедрения которых превысил 16 млн. руб.

Результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Жадан В.Т., Воронцов Н.М., Кулак Ю.Е., Трусов В.А., При-ходько В.П., Осадчий В.А. Производство проката из рессорно-пружинной стали. - М.: Металлургия, 1984. - 216 С.

2. Жадан В.Т., Савченко B.C., Осадчий В.А. и др. Технология обработки давлением спсцсталей и сплавов. Учебное пособие для практических занятий на ЭВМ студентам специальности 11.08. - М.: МИСиС, 1990,- 119 С.

3. Жадан В.Т., Берковский B.C., Трусов В.А., Осадчий В.А. и др. Улучшение свойств аустенитной марганцовистой стали термомеханической обработкой. // Бюллетень института "Черметинформация", 1974, № 8 (724). - С. 44-45.

4. Жадан В.Т., Берковский B.C., Осадчий В.А. К расчёту сопротивления деформации в процессах обработки металлов давлением. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1974, № 9. -С. 105-107.

5. Жадан В .Т., Берковский B.C., Осадчий В.А. К определению свойств металла в процессе деформации и охлаждения. // Пластическая деформация металлов и сплавов (МИСиС, научн. тр. № 85). - М.: Металлургия, 1975. - С. 259-263.

6. Жадан В.Т., Трусов В.А., Смирнов В.М., Осадчий В.А. Расчёт параметров термомеханической обработки проката из конструкционных сталей. // Бюллетень научно-технической информации, 1978, № 20 (832). - С. 44-45.

7. Жадан В.Т., Осадчий В.А. Метод расчёта сопротивления металла деформации для определения механических свойств металла в процессах обработки металлов давлением. // Тезисы докладов и со-

общений III всесоюзной научно-технической конференции "Теоретические проблемы прокатного производства", Днепропетровск, 1980. -С. 27.

8. Жадан В.Т., Самойлович Ю.А., Берковский B.C., Дистергефт И.М., Осадчий В.А. Расчёт температурного поля металла при сортовой прокатке. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1980, №11.- С. 75-80.

9. Жадан В.Т., Петренко A.M., Трусов В.А., Смирнов В.М., Баталов А.Г., Осадчий В.А. Улучшение качества калиброванного проката из конструкционной стали. //Металлург, № 3, 1981. - С. 27-28.

10. Жадан В.Т., Берковский B.C., Осадчий В.А. К вопросу о методах расчёта сопротивления металла деформации. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1981, № 3. - С. 75-79.

11. Самойлович Ю.А., Жадан В.Т., Берковский B.C., Дистергефт И.М., Дьякова O.A., Осадчий В.А., Воронов А.Н. Принцип соответственного профиля в расчётах температуры при сортовой прокатке. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1981, № 5. - С. 68-72.

12. Жадан В.Т., Берковский B.C., Осадчий В.А. Использование математической модели сортовой прокатки с ВТМО для расчета технологических параметров. // Сталь, 1981, № 6. - С. 44-45.

13. Жадан В.Т., Берковский B.C., Штургунов И.Л., Осадчий В.А. Расчёт условного цикла прокатки на обжимном стане. // Пластическая деформация металлов и сплавов (МИСиС, научи, тр. № 130). - М.: Металлургия, 1981.-С. 27-31.

14. Трусов В.А., Жадан В.Т., Стсценко Н.В., Осадчий В.А. и др. Разработка процесса ВТМО рессорных полос. // Совершенствование сортамента и производства горячекатаных профилей (Отраслевой сборник научных трудов). - Харьков: УКРНИИМЕТ, 1981. - С. 57-63.

15. Жадан В.Т., Самойлович Ю.А., Берковский B.C., Дистергефт И.М., Осадчий В.А. и др. Математическая модель для расчета температуры металла при сортовой прокатке. // Пластическая деформация

металлов и сплавов (МИСиС, научн. тр. № 140). - М.: Металлургия, 1982.-С. 25-30.

16. Смирнов В.М., Жадан В.Т., Трусов В.А., Осадчий В.А. Исследование и расчёт параметров ускоренного охлаждения проката при ВТМО. // Пластическая деформация металлов и сплавов (МИСиС, научн. тр. № 140). - М.: Металлургия, 1982. - С. 73-78.

17. Берковский B.C., Жадан В.Т., Тиц М.Ю., Осадчий В.А., Лу-няков С.А. Допустимая погрешность расчёта параметров формоизменения при разработке калибровки валков. // Пластическая деформация металлов и сплавов (МИСиС, научн. тр. № 140). - М.: Металлургия, 1982. - С. 140-144.

18. Жадан В.Т., Петренко A.M., Трусов В.А., Смирнов В.М., Осадчий В.А., Витольинш Р.Я. Производство проката из стали 45 с применением ВТМО. // Обработка металлов давлением (Межвузовский сборник). - Свердловск, изд-во УПИ, 1982, вып. 9. - С. 141-146.

19. Федоров В.Н., Тиц М.Ю., Парфенов Э.Я., Осадчий В. А. и др. Первые результаты исследований и перспективы применения спеченных порошковых материалов в биметаллических деталях рабочих органов сельскохозяйственных машин. // Всесоюзная научно-техническая конференция "Пути повышения долговечности рабочих органов сельскохозяйственных машин", 24-28 октября 1983 г. - М.: ВИСХОМ, 1983.

20. Быков A.A., Чернышев О.Г., Федоров В.Н., Тиц М.Ю., Осадчий В.А. и др. Производство износостойких биметаллов для сельхозмашиностроения литейным способом. // Сталь, 1983, № 8. - С. 41-43.

21. Жадан В.Т., Берковский B.C., Осадчий В.А., Румянцев A.B. Расчёт технологических параметров процесса сортовой прокатки. ГОСФАП. И Алгоритмы и программы. Информационный бюллетень, 1984, № 3 (60). - С. 73.

22. Кляцкин A.C., Степанов В.Г., Кистэ Н.В., ... Осадчий В.А. и др. Авторское свидетельство № 226722. Приоритет 3.12 1984 г.

23. Осадчий В.А., Тиц М.Ю., Румянцев A.B., Михайлов А.И. Ис-

следование деформации компактного порошкового сплава ПГ-С1. // Тезисы докладов всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы повышения технического уровня производства черных металлов и сплавов и улучшения качества металлопродукции". - Тула, октябрь 1985 г. - С. 80.

24. Осадчий В.А., Яцко Ю.В., Селиверстов Д.Г. Математическая модель прогнозирования выделения гексагонально-плотноупакован-ных фаз и оптимизация химических составов жаропрочных никелевых сплавов с целью улучшения рабочих характеристик. И Тезисы докладов всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы повышения технического уровня производства чёрных металлов и сплавов и улучшения качества металлопродукции". - Тула, октябрь 1985 г.-С. 80.

25. Осадчий В.А., Жадан В.Т., Румянцев A.B. Учёт сил инерции при механических испытаниях металла. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1985, № 5. - С. 107-109.

26. Жадан В.Т., Осадчий В.А., Гаврилов-Крямичев H.JI. и др. Влияние гранулометрического состава порошка альсифера на магнитные свойства спрессованных сердечников. // Порошковая металлургия, 1985, № 7. - С. 85-90.

27. Осадчий В.А., Жадан В.Т., Селиверстов Д.Г. Прогнозирование механических характеристик деформированного металла. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1985, № 7. -С. 61-64.

28. Федоров В.Н., Осадчий В.А., Тиц М.Ю. и др. Перспективы применения компактных материалов в биметаллических деталях рабочих органов сельхозмашин. // Тракторы и сельхозмашины, 1985, № 9.-С. 39-41.

29. Осадчий В.А., Жадан В.Т. Метод расчёта сопротивления металла деформации в процессах обработки давлением. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1985, № 9. - С. 7275.

30. Осадчий В.А., Жадан В.Т., Гаврилов-Крямичев H.JI. и др. Расчет процесса экструзии порошковой заготовки через коническую матрицу. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1985, № 11.-С. 81-84.

31. Жадан В.Т., Берковский B.C., Штургунов И.Л., Осадчий В.А. Метод оценки эффективности калибровок валков обжимных станов. // Пластическая деформация металлов и сплавов (МИСиС, научн. тр.). -М.: Металлургия, 1985. - С. 17-23.

32. Жадан A.B., Осадчий В.А., Дементьев В.Б. ВТМО с деформацией винтовым обжатием для изготовления пружин. // Сталь, 1986, № 1.-С. 81-84.

33. Осадчий В.А., Тиц М.Ю., Румянцев A.B. Получение биметалла с плакирующим слоем из порошкового износостойкого сплава. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1986, № 1.-С. 152-153.

34. Жадан В.Т., Осадчий В.А., Румянцев A.B. и др. Способ получения биметалл1гческих лемехов. Авторское свидетельство № 1448541. Приоритет 30.06 1986 г.

35. Жадан В.Т., Осадчий В.А., Яцко ГО.В. Математическая модель высоколегированных жаропрочных сплавов на никелевой основе. И Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1987, № 2. - С. 140.

36. Осадчий В.А., Жадан В.Т., Тиц М.Ю. и др. Исследование фазового состава и структуры высокохромистого сплава ПГ-С1. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1987, № 9. -С. 75-77.

37. Жадан В.Т., Осадчий В.А., Румянцев A.B. и др. Биметаллический слиток. Авторское свидетельство № 1529553. Приоритет 15.02 1988 г.

38. Осадчий В.А., Румянцев A.B., Михайлов А.И., Воронин A.B. Исследование структуры и свойств порошкового износостойкого сплава. // Горячее прессование (Тезисы докладов VII Всесоюзной на-

учно^гехничсской конференции "Горячее прессование в порошковой металлургии"). Новочеркасск, 1988. - С.231-233.

39. Осадчий В.А., Жадан В.Т., Селиверстов Д.Г., Яцко Ю.В. Исследование и расчет формоизменения порошковой заготовки в условиях горячего изостатического прессования. // Горячее прессование (Тезисы докладов VII Всесоюзной научно-технической конференции "Горячее прессование в порошковой металлургии"). Новочеркасск, 1988. - С.236-237.

40. Рывкин Ю.А., Кляцкин A.C., Степанов В.Г. ... Осадчий В.А. и др. Сплав на основе никеля. Авторское свидетельство № 1542065. Приоритет 29.07 1988 г.

41. Тиц М.Ю., Осадчий В.А., Румянцев A.B. и др. Совместимость компонентов износостойкого биметалла. // Тракторы и сельхозмашины, 1988, №9. - С. 45-48.

42. Федоров В.Н., Тиц М.Ю., Токушсв Ж.Е., Осадчий В.А. Описание геометрии лезвий при проектировании профилей проката для почворежущих рабочих органов. // Тракторы и сельхозмашины, 1988, №10. -С. 39-40.

43. Рывкин Ю.А., Кляцкин A.C., Степанов В.Г., ... Осадчий В.А. и др. Сплав на основе никеля. Авторское свидетельство № 1603806. Приоритет 17.11 1988 г.

44. Осадчий В.А., Жадан В.Т., Михайлов А.И. Аналитическое описание формы калибра и металла. // Теория и технология деформации металлов (МИСиС, научн. тр.). - М.: Металлургия, 1988. - С. 6268.

45. Киселев H.H., Булат С.И., Осадчий В.А. и др. Износостойкий сплав. Авторское свидетельство № 1687643. Приоритет 25.01 1989 г.

46. Осадчий В.А., Румянцев A.B., Михайлов А.И., Воронин A.B. Исследование деформации биметалла с целью разработки экономичной технологии получения самозатачивающегося инструмента. // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Обобщение опыта работы молодых учёных, инженеров и рабочих

отрасли по экономии материальных и энергетических ресурсов". Донецк, 24-26 мая 1989 г. - С. 99.

47. Рыбкин Ю.А., Кляцкин A.C., Степанов В.Г., ... Осадчий В.А. и др. Сплав на основе никеля. Авторское свидетельство № 1669201. Приоритет 26.05 1989 г.

48. Жадан В.Т., Осадчий В.А., Селиверстов Д.Г. Моделирование горячего изостатичсского прессования порошковых заготовок. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1990, № 5. -С. 108.

49. Селиверстов Д.Г., Осадчий В.А., Матвеенков А.П. Математическое моделирование и расчёт формоизменения порошковой заготовки в процессе горячего изостатического прессования. // Ракетно-космическая техника. Научно-технический сборник. Серия VII. Выпуск III. Часть 1.-М.: ГОНТИ-25, 1990. - С. 56-63.

50. Rudnitsky E.N., Eremenko V.l., Fatkullin O.H., Osadchy V.A. Computer Modelling For Designing New P/M Ni-base Superalloys. // First russian-Chinese symposium "Actual problems of modern materials science". Moscow-Tomsk, 22.06.92-2.07.92.

51. Воронин A.B., Жадан B.T., Осадчий B.A., Румянцев A.B. Влияние термообработки на механические свойства трёхслойных биметаллических полос. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1992, № 9. - С. 20-32.

52. Воронин A.B., Жадан В.Т., Осадчий В.А., Румянцев A.B. Особенности определения пластических свойств биметаллов. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1993, № 7. -С. 38-41.

53. Румянцев A.B., Жадан В.Т., Осадчий В.А. Разработка технологического процесса получения износостойкого биметалла. // Теория и технология процессов пластической деформации (МИСиС, научн. труды). - М.: МИСиС, 1994. - С. 111-116.

54. Осадчий В.А. Конструирование калибров валков для производства гнутых профилей проката с помощью ЭВМ. // Теория и тех-

нология процессов пластической деформации (МИСиС, научи, труды). - М.: МИСиС, 1994. - С. 117-121.

55. Осадчий В.А., Шмурыгин Е.Г., Коротченко H.A. Информационная база данных по чёрным и цветным металлам и сплавам. // Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре. Вторая международная научно-техническая конференция. Астраханский государственный технический университет, 1995, часть II. -С.59-60.

56. Румянцев A.B., Осадчий В.А., Воронин A.B. Определение коэффициента трения при прокатке компактного высоколегированного чугуна. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1995, №3. - С. 77.

57. Осадчий В.А., Шмурыгин Е.Г., Коротченко H.A. О работе Информационно-маркетингового центра МИСиС. // Металлург, № 1, 1997.-С. 11.

58. Осадчий В.А., Шмурыгин Е.Г., Коротченко H.A. Электронный учебник по металлургии для очного, заочного и дистанционного обучения. // Интеграция. Информационные технологии. Телекоммуникации. 4-я международная конференция. 17-19 марта 1999 г. -ВИНИТИ, 1999. - С. 155-156.

59. Осадчий В.А., Шмурыгин Е.Г., Коротченко H.A. и др. Информационно-обучающая система "Металлургия". // Металлург, 1999, № 6. - С. 27-28.

60. Осадчий В.А., Герман О.Ю. Компьютерная система для изучения и анализа методик расчёта основных технологических параметров процесса прокатки. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2000, № 1. - С. 31-33.

61. Осадчий В.А., Шмурыгин Е.Г., Осадчий A.B. и др. Информационно-обучающая система "Металлургия". Материалы всероссийской научно-практической конференции "Металлургия на пороге XXI века: достижения и прогнозы". Новокузнецк, 9-12 октября 2000 г. - С. 285-288.