автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Создание технологий получения биметаллической проволоки и покрытий на основе процессов, совмещенных с пластическим деформированием

На правах рукописи

Б ОД

СТЕБЛЯНКО Валерий Леонтьевич

СОЗДАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ

БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОЛОКИ И ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ПРОЦЕССОВ, СОВМЕЩЕННЫХ С ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением

АВТОРЕФЕРАТ

АМмхлмД

Магнитогорск - 2000

Работа выполнена в Магнитогорском государственном технич ском университете им. Г.КНосова

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

A.А.Богатов;

доктор технических наук, профессор Б.В.Кучеряев;

доктор технических наук, профессор

B.Г.Шеркунов

Ведущее предприятие ОАО «Белорецкий металлургический комбинат»

Защита состоится « //» мая 2000 г. в 15-00 на заседании диссертаци онного совета Д 063.04.01 в Магнитогорском государственном техниче ском университете им Г.И.Носова по адресу: 455000, г. Магнитогорск хф. Ленина, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного технического университета.

Автореферат разослан « (О » апреля 2000 г.

Магнитогорском

Ученый секретарь диссертационного совета

№41-001.2<0

Селиванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Широкое применение в различных областях техники находят слоистые металлические композиционные материалы. Их применение позволяет достигать не только качественно новых свойств изделий, но и существенной экономии дорогостоящих материалов компонентов, и прежде всего - цветных металлов. В связи с этим изыскания областей рациональной замены изделий из цветных металлов на биметаллические, разработка и широкомасштабное промышленное освоение высокоэффективных технологий их производства является актуальной проблемой.

Решение вопросов электрификации железных дорог и городского транспорта, создание сетей высоковольтных линий электропередач и линий связи, производство отечественной электронной техники мирового уровня и других отраслей требует коренного улучшения качества выпускаемых в России биметаллических проводниковых материалов и, в первую очередь, ста-лемедной проволоки.

Практически весь объем отечественного производства такой продукции сосредоточен на Магнитогорском метизно-металлургическом заводе, в составе которого имеется единственный в России специализированный цех биметалла по выпуску сталемедной проволоки широкого сортамента. Цех производит сталемедную проволоку металлургическим способом и имеет в составе пять отделений: медеплавильное, прокатное, травильное, волочильное и термическое.

Несмотря на то, что в производстве биметалла.за прошедшие десятилетия было много сделано с целью совершенствования технологии, улучшения качества продукции и условий труда, с позиций современных требований данный способ производства обладает рядом существенных недостатков.-: Он является высокотрудоемким в связи с использованием на многих .операциях низкоквалифицированного ручного труда. Наряду с этим газообразные, выбросы медеплавильных и нагревательных печей, применение ванн кислотного травления и омеднения, наличие меде- и кислотосодержащих стоков; делают данный способ производства экологически опасным, создающим постоянную угрозу для здоровья людей и окружающей среды. ,г.

Процесс прокатки с большим числом проходов в клетях с двухвалковыми калибрами, сопровождающийся интенсивной поперечной деформацией заготовки приводит к искажению формы поперечного сечения сердечника и значительной разнотолщинности медного слоя. Температурный перепад по длине заготовки и особенности прокатки переднего и заднего концов раската в первых проходах приводят к продольной неравномерности содержания компонентов и сползанию меди, идущей в обрезь. Процесс формирования биметаллического слитка заливкой сердечника жидкой медью приводит к

образованию промежуточного диффузионного слоя значительной толщины и, тем самым, снижает эффективность использования токопроводящего медного слоя. Длительные процессы нагрева слитков в методических печах и их прокатки сопровождаются значительным угаром меди.

Большинство из перечисленных недостатков неотъемлемо обусловлены данным способом и их полное устранение путем совершенствования существующей технологии принципиально невозможно.

Сравнительный анализ отечественного стандарта на биметаллическую сталемедную проволоку ГОСТ-3822, разработанного с учетом возможностей металлургического способа, со стандартами ведущих промышленно развитых стран (США, Германия, .Япония) показал пониженный уровень требований к основным потребительским свойствам отечественной продукции и подтвердил необходимость радикального изменения технологии на основе современных прогрессивных тенденций развития производства изделий из слоистых композиционных материалов.

В результате технико-экономического анализа и предварительных исследований была принята технология, основанная на соединении компонентов в твердой фазе с непрерывным формированием заготовки.

Обеспечение высокого качества твердофазного соединения разнородных металлов при их совместной прокатке в калибрах с заданным формоизменением заготовки потребовало постановки и решения широкого круга научных и технических задач.

При выполнении конкретных разработок учтены основополагающие концепции совместной пластической деформации разнородных металлов, сформулированные в трудах И.М.Павлова, Г.Э.Аркулиса, В.Н.Бринзы, Е.И.Асгрова, С.А.Голованенко, Л.В.Меандрова, П.И.Полухина, Б.В.Кучеряева, А.Г.Кобелева, А.Г.Залазинского, А.В.Архангельского, Б.А.Арефьева, С.З.Сапожникова, М.Г.Полякова, Ю.И.Коковихина, П.И.Денисова, Б.А.Никифорова, С.И.Ковалева, В.Н.Чернышова, П.Ф.Засухи и др.; концепции пластичности и разрушения, сформулированные в трудах В.Л.Колмогорова, А.А.Богатова, С.Н.Журкова, В.Е.Панина, Ю.В.Гриняева, В.В.Федорова, Н.Р.Регеля и др.; концепции активированных состояний в металлах и образования твердофазных соединений, сформулированные в трудах Г.Эйринга, К.А.Оашова, М.Х.Шошорова, Ю.Л.Красулина, Э.С.Каракозова, А.П. Семенова, В.П.Алехина, Р.А.Мусина и др.

Цели и задачи работы. Диссертационная работа обобщает результаты разработок и исследований, направленных на достижение следующих целей:

- разработка, исследование и промышленное освоение новой экологически безопасной технологии получения длинномерных биметаллических изделий (проволоки, фасонных профилей и др.) и создание технологической линии для их производства;

- комплексное решение проблемы очистки металлических поверхностей на основе новых научно-технических разработок;

- создание новой экологически безопасной технологии формирования функциональных металлических покрытий из различных металлов применительно к широкомасштабному производству металлопроката, труб, проволоки и других изделий массового назначения.

В работе были сформулированы и решены следующие основные задачи:

1. На основе анализа современных прогрессивных тенденций развития технологий получения биметаллической проволоки обосновать выбор нового варианта и разработать технологию ее получения.

2. С целью оптимизации температурного и деформационного режимов получения биметаллической заготовки твердофазной сваркой компонентов провести следующие теоретические исследования:

- термодинамический анализ энергетического вклада технологических операций в активированное состояние компонентов биметалла;

- термодинамический анализ температурной зависимости изменения свободной энергии активации образования активных центров на поверхности металла для обоснования необходимого энергетического вклада процесса пластической деформации;

- оптимизация температурного режима процесса совместной пластической деформации компонентов биметалла для их сварки в твердом состоянии;

- системный анализ влияния напряженно-деформированного состояния металла на развитие активационных процессов, обусловливающих сварку давлением.

3. Выполнить теоретические и экспериментальные исследования горячей прокатки составной заготовки в двухвалковых и четырехвалковых калибрах с целью выбора условий деформирования на основе сопоставления результатов совмещенных процессов сварки компонентов с их формоизменением. Для проведения теоретического анализа процессов осуществить с использованием результатов экспериментальных исследований:

- математическое моделирование формоизменения компонентов в объеме очага деформации при прокатке в калибре с многосторонним обжатием;

- математическое моделирование кинетики адгезионного взаимодействия компонентов.

4. Разработать высокоэффективные экологически безопасные способы

очистки металлической поверхности и устройства для их реализации. На основе системного анализа совмещенных процессов очистки с нагревом заготовки и очистки с формированием покрытий разработать новые технологии получения биметаллической проволоки и изделий с металлическими покрытиями.

5. Разработать, создать и освоить опытно-промышленную технологическую линию для получения биметаллической сталемедной заготовки (проволоки).

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

1. Разработана, исследована и реализована в промышленности новая технология производства биметаллической сталемедной проволоки, основанная на непрерывном оборачивании стального сердечника медной лентой, электроразрядной очистке металлической поверхности и твердофазном соединении компонентов горячей прокаткой в калибрах. Разработаны научные основы новой технологии.

2. Предложена физическая модель активных центров, образующихся при межслойном взаимодействии металлов в процессе совместной пластической деформации, стабилизирующих процесс посредством развития адгезионного взаимодействия и обеспечивающих условия формирования твердофазного соединения компонентов биметалла.

3. Разработан энергетический принцип анализа совместного вклада температурного и деформационного режимов обработки металлов давлением в изменение свободной энергии активации образования активных центров. Получены уравнения, описывающие температурную зависимость изменения свободной энергии акгавации для различных металлов, железоуглеродистых сплавов с различным содержанием углерода. Получены уравнения для определения оптимальных температурных режимов совместной пластической деформации разнородных металлов (СПДРМ) по критерию максимальной прочности твердофазного соединения компонентов в биметаллах, включающих стали и сплавы с различным содержанием углерода. Конкретизация оптимального температурного режима СПДРМ совместно с температурной зависимостью изменения свободной энергии активации позволяют непосредственно определять оптимальную величину работы деформации, необходимой для образования активных центров в металле, т.е. возникновения в локальных объемах квазижидаого вязкого течения. Получены уравнения для определения объемов активных центров для различных металлов.

4. Осуществлен системный анализ влияния напряженно-деформированного состояния на развитие активационных процессов в металлах при пластической деформации. На основе кинетической теории абсолютных скоростей реакций получены и проанализированы дифференциальные уравнения кинетики для двух наиболее характерных групп механизмов, контролирующих процесс -

адаптивной и диссипативной. С учетом взаимосвязи структурно-энергетического и напряженно-деформированного состояний, включая сильновозбужденное состояние, характеризуемое стационарным вязким течением, получены зависимости для сопротивления и скорости деформации, относительной величины диффузионной подвижности атомов в металлах и линейной скорости вязкого течения. Полученные результаты объясняют аномальный характер течения поверхностных слоев металлов при межслойном взаимодействии, интенсивности диффузионных процессов, приводящих при достижении равномерной СПДРМ к интенсивному возрастанию прочности соединения компонентов в биметалле.

5. На основе теоретических и экспериментальных исследований сформулирована гипотеза формирования биметаллического соединения горячей прокаткой. Разработана и исследована математическая модель, описывающая кинетику адгезионного взаимодействия компонентов, стабилизирующего процесс совместного пластического течения и определяющего условия перехода к равномерной СПДРМ. Принципиальным достоинством разработанной модели является то, что в ней учитываются кинетические условия образования твердофазного соединения с учетом механических свойств и состояния взаимодействующих поверхностей, температуры и напряженно-деформированного состояния на участках контакта.

6. Разработана и исследована математическая модель формоизменения биметаллического профиля в объеме очага деформации при прокатке в четырех-валковом стрельчатом калибре.

7. Разработаны новые высокоэффективные экологически безопасные технологии очистки металлической поверхности и формирования функциональных металлических покрытий, основанные на применении высокочастотных электрических разрядов в газообразных средах и совмещенных электрофизических и электрохимических процессов (ЭФЭХ-процессов) в жидких средах. Согласно выдвинутой в работе гипотезе, касающейся природы совмещенных ЭФЭХ-процессов, возникновение электрических разрядов в среде на обрабатываемой поверхности обусловлено саморазвитием электрических процессов в локальных объемах среды, приводящих к ее перегревши неустойчивости и тепловому пробою («тепловому взрыву»). Получены уравнения для определения критических значений электрического напряжения и напряженности электрического поля, при которых возникает тепловой пробой. Гипотеза позволяет обосновать комплексный характер воздействий на обрабатываемую поверхность и приобретение ею новых специфических свойств (в частности, повышенную коррозионную стойкость и др.), которые были выявлены в результате экспериментов. Создан принципиально новый способ формирования металлических покрытий, основанный на совмещении процессов очистки поверхности и получения покрытия. Выполненные разработки и исследования явились основой

развития нового научно-технического направления в создании экологически безопасных технологий очистки поверхности металла от окалины, ржавчины и других загрязнений, а также полунения изделий с различными металлическими покрытиями.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Результаты технологических и конструкторских разработок реализованы в виде непрерывной линии для сборки составной биметаллической заготовки и ее горячей прокатки в цехе биметалла Магнитогорского метизно-металлургического завода; обеспечивающего фактически весь объем биметаллической сталемедной проволоки России. Созданная непрерывная технологическая линия не имеет аналогов в отечественной практике.

Переход на новую технологию позволил решить актуальную проблему получения отечественной биметаллической проволоки, соответствующей уровню мировых стандартов.

Экологический и социальный аспекты. Технические решения, реализованные в новой технологии, основаны на экологически безопасных процессах. Ликвидация вредных выбросов в окружающую среду в связи с уходом от металлургического способа производства является очень важным фактором в условиях города Магнитогорска и региона в целом.

Новая технология полностью исключила трудоемкие процессы и связанный с ними тяжелый ручной труд. Высокий уровень наукоемкости новой технологии выдвинул повышенные профессиональные требования к обслуживающему персоналу, его образовательному уровню и квалификации.

Технико-экономический аспект. Новая технология, по сравнению с металлургическим способом, обеспечила существенное улучшение потребительских свойств готовой продукции. Это касается, прежде всего, сохранения строгой коаксиальности взаимного расположения компонентов в изделии при отсутствии искажения исходной круглой формы стального сердечника. Этим достигается повышение стабильности электропроводности по длине проволоки и соответствующее снижение потерь в линиях электропередач. Существенно меньшая толщина переходной (диффузионной) области в зоне биметаллического твердофазного сварного соединения (7-8 мкм) по сравнению с металлургическим способом (30-40 мкм) обеспечивает более полное использование электропроводящих свойств меди. В частности, при производстве биметаллической проволоки марки БСМО диаметром 4,0 мм по ГОСТ 3822 при металлургическом способе производства необходимо объемное содержание меди в композиции не менее 42-43% для достижения требуемого электросопротивления не более 3,8 Ом/км. Эквивалентные электрические свойства такой проволоки, получаемой по новой технологии, достигаются при объемном содержании меди в композиции 33-35% При годовом объеме производства 4500 тонн реальная экономия меди превышает 400 тонн. Высокие

потребительские свойства новых освоенных видов продукции вызвали значительный спрос на ее применение в изделиях электронной промышленности (ПО «ТОР» п. Томилино Московская обл., завод «Цветотрон» г.Брест и др.). В частности , для электровыводов, используемых в полупроводниковых силовых диодах, выпускаемых по технологии голландской компании «Philips» (ПО «ТОР»), на линии был освоен выпуск сталемедной проволоки диаметром 0,78 и 1,3 мм с содержанием меди не менее 70%, а для электровыводов резисторов, конденсаторов и др.-элементов электронной техники (завод «Цвето-грон» г.Брест) - проволоки с содержанием меди 24%.

Возможности совмещенных электрофизических и электрохимических процессов (ЭФЭХ-процессов) в создании новых технологий получения слоистых композиционных материалов, в том числе, металлов с различными функциональными покрытиями и биметаллов иллюстрирует рис. 1. Из рисунка видно, что при получении биметалла сваркой давлением металлов Mi и М2, вследствие совмещения процесса очистки с нанесением металла М: на поверхность М-., в меж-слойном взаимодействии при совместной пластической деформации должны участвовать только одинаковые металлы. С термодинамической точки зрения такой процесс является наиболее выгодным, открывающим перспективы создания оптимальных технологий получения высококачественных соединений разнородных металлов.

Полученные в работе результаты обширных экспериментальных исследований совмещенных ЭФЭХ-процессов при очистке и формировании покрытий позволил выявить ряд их преимуществ принципиального характера в сравнении с традиционными технологиями нанесения покрытий, широко распространенными в металлургии, машиностроении и др. отраслях.

1. Исключается необходимость в выполнении самостоятельных операций по подготовке поверхности металла перед нанесением покрытий и в дополнительных затратах электроэнергии на эти операции, упрощается структура агрегата и его инфраструктура.

2. Не требуется для каждого вида покрытия создания специализированных агрегатов (лужения, цинкования и др.), как принято в настоящее время по традиционным технологическим схемам. По предлагаемому способу покрытия из различных металлов могут быть получены на одном и том же агрегате.

3. На агрегате нового типа возможно гибкое использование различных схем осуществления технологического процесса.

4. Возможно и экономически целесообразно использование отходов традиционных производств (например, нанесения покрытий из расплавов металлов) в качестве исходного сырья для получения солей, применяемых в новой технологии.

Слоистые металлические композиционные материалы (СКМ)

Металлы с покрытиями Биметаллы

б) Традиционные способы получения СКМ

Формирование металлических Сварка давлением разнородных

металлов

покрытий

покрываемая поверхность 1 соединяемые металлы

1 г

очистка поверхности очистка поверхностей

• •

1.

• • •

различные способы получения покрытий

различные способы соединения разнородных Металлов

в)

Новый способ на основе совмещенных ЭФЭХ-процассов

покрываемая поверхность

металл покоытия

готовая продукция

совмещение очистки с формированием покоытия

соединяемые

металлические компоненты

м, м2

+

металл очистка

покрытия поверхности

Мг металла М2

металл М) с

покрытием

М2

Сварка давлением однородных металлов

Рис. 1. Схема, иллюстрирующая возможности совмещенных ЭФЭХ-процессов в создании технологий получения слоистых композиционных материалов

5. Достигается существенное расширение сортамента металла с покрытиями за счет включения в него горячекатаного металла с широким диапазоном геометрических размеров.

6. Новая технология является экологически безопасной, так как не предполагает использование агрессивных и токсичных сред и не имеет собственных вредных выделений.

Очистка поверхности стальной проволоки перед ее оборачиванием медной лентой на непрерывной технологической линии производства биметаллической сталемедной проволоки в цехе биметалла ОАО «МММЗ» осуществляется способом совмещенных ЭФЭХ-процессов.

Представленная совокупность решений используется в учебном процессе преподавателями, аспирантами, студентами по специальности «Обработка металлов давлением», а также научными и инженерно-техническими работниками этой специальности.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены

- на научно-технических конференциях:

мевдународных - International Composits Conferense, Moscow, april, 1990; International Conference Materials by Powder Technology PT-93, march, 1993, Dresden, Germany; 1st International Symposium on Mis-Matching of Welds, april, 1995, Stockholm, Sweden; 2nd International Symposium on Mis-Matching of Welds, april, 1996, Reinstorf-Luneburg, Germany; «Новые технологии получения слоистых материалов и композиционных покрытий», Сочи, октябрь, 1992;

всесоюзных - «Новые технологические процессы прокатки, интенсифицирующие производство и повышающие качество продукции», Челябинск, 1984, 1989; «Калибровка валков сортовых станов», 1976, Днепропетровск; « Перспективы применения плазменной техники и технологии в металлургии и машиностроении», Миасс, 1986; Челябинск, 1988;

межгосударственной - «Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона», Магнитогорск, май, 1994;

республиканских - «Теоретические и прикладные проблемы развития наукоемких и малоотходных технологий обработки металлов давлением», Винница, 1991; «Физика и механика пластических деформаций порошковых материалов», Луганск, 1991; «Новые материалы и технологии», Москва, 199^ ;;;

- на заседании Научного Совета ГКНТ СССР по проблеме «Новые процессы в черной металлургии», Москва, 1989; Координационного Совета, по направлению «Сталь-прокат» Государственной научно-технологической программы «Ресурсосберегающие и экологически чистые процессы металлургии и химии», Москва, 1989, 1990;

- на всесоюзных научно-технических семинарах «Новые технологи!

производства слоистых металлов, перспективы расширения сортамента и применения», Магнитогорск, 1987, 1989;

- ежегодных конференциях - Магнитогорского государственного технического университета, 1979-1999;

- на научно-технической конференции по проблемам защиты металлов от коррозии. Луизианский университет ЬБи, Батон-Руж, декабрь 1999, США.

Публикации. Содержание диссертации отражено в книге, 2 учебных пособиях и брошюре; 52 статьях, авторских свидетельствах и патентах на изобретения; 4 публикации - зарубежные.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ЕЕ ОСНОВНЫХ

ПРОЦЕССОВ

1.1. СОСТАВ ОБОРУДОВАНИЯ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕПРЕРЫВНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ

Схема непрерывной технологической линии для производства биметаллической сталемедной проволоки и других изделий в цехе биметалла Магнитогорского метизно-металлургического завода представлена на рис. 3. Линия состоит из следующих основных узлов и агрегатов:

- узел подготовки поверхностей компонентов;

- блок формирования составной биметаллической заготовки;

- узел аргоно-дуговой сварки продольного шва на оболочке;

- узел нагрева составной биметаллической заготовки;

- двухклетевой непрерывный прокатный блок.

Исходные компоненты: стальная проволока и медная лента подаются со своих разматывателей 1 и 4 в узел подготовки поверхностей 5, где производится очистка и активация сопрягаемых поверхностей. Далее они совместно поступают в блок формирования составной заготовки б, представляющий собой непрерывную группу гибочных клетей, в которых обеспечивается оборачивание стального сердечника (проволоки) медной лентой с формированием плотного продольного стыка кромок оболочки (медной ленты). Следующей операцией является сварка продольного шва в узле аргоно-дуговой сварки 7. Сформированная таким образом составная биметаллическая заготовка подвергается высокочастотному нагреву в секции индукторов 9 и последующей прокатке в блоке прокатных клетей 10 с многосторонним обжатием.

Основные участки непрерывной линии приведены на рис.2,3.

Рис.3. Непрерывная линия для производства сталемедной биметаллической проволоки 1- разматыватель ленты; 2 - стыкосварка ленты; 3 - кромкоуборочный узел; 4 - разматыватель проволоки; 5 - узел очистки компонентов; 6 - формовочный блок; 7 - узел сварки кромок; 8 - блок тянущих роликов; 9 - узел индукционного нагрева; 10 - блок прокатных клетей; 11 - калибрующая волока; 12 - направляющие ролики; 13 - моталка; 14 - блок питания дуговой сварки; 15 - ВЧ-генератор очистки; 16 - нагрузочный блок ВЧ-генератора очистки; 17 - ВЧ-преобразователь индукционного нагрева; 18 - панель управления

Характеристика линии:

Способ получения биметаллического соединения - твердофазный; основан на совместной пластической деформации компонентов при горячей прокатке.

Очистка поверхностей компонентов:

- стальная проволока - электроразрядная;

- медная лента - механическая.

Способ сварки продольного шва на оболочке - дуговой в защтгной атмосфере (аргон).

Нагрев компонентов - индукционный

Общая длина линии (не более), м 20

Скорость транспортировки заготовки, м/с 0,75

Расчетная производительность, Т/ч 0,615-1,5

Поперечные размеры исходных компонентов, мм:

ширина ленты 22,0-40,0

толщина ленты 0,7-1,5

диаметр проволоки 6,0-9,0

Диаметр биметаллической заготовки, мм 6,0-9,5

Допустимые отклонения поперечных

размеров биметаллической заготовки, мм ±0,3

Развес готовой продукции, кг

в бунте 200

на катушке 1100

Суммарная удельная мощность, кВт 600

На линии наряду с биметаллической проволокой возможно производство других видов биметаллической продукции (шина, сортовой и фасонный профили и др.).

1.2. ПРИНЦИПЫ АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ И РАЗРАБОТКИ ОПЕРАЦИЙ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ

В технологии использованы совмещенные процессы, которые следует рассматривать как результат проявления аномальных свойств систем в сильновозбужденных состояниях. Такие состояния характеризуют течение металлов в объемах активных центров, возникающих в поверхностных слоях компонентов при их межслойном взаимодействии в процессе совместной пластической деформации, и обусловливают образование твердофазного соединения. Подобные сильновозбужденные состояния имеют место в газообразных и жидких средах под воздействием электрического (электромагнитного) поля, напряженность которого превышает определенную критическую

15

величину, что приводит к возникновению теплового пробоя (взрыва) среды на поверхности металла, способствующего очистке поверхности и формированию покрытия. Активированные состояния характеризуются сильной неравновесностью и нелинейностью, что приводит к возникновению кооперативных движений элементов систем (среды), вызывающих изменения их энергетических состояний и структур.

Эволюция и самоорганизация структур в сильнонеравновесных открытых системах является в настоящее время предметом изучения новой области науки - синергетики, основывающейся на фундаментальных положениях неравновесной нелинейной термодинамики, разработанных в трудах И. Пригожина, П.Гленсдорфа, Г.Хакена и др.

Синергетическая концепция, принятая в работе за основу анализа активированных состояний различных по своей физико-химической сущности процессов, позволила обеспечить общий методологический принцип такого анализа, вскрыть единство причин, приводящих к специфическим диссипа-тивньш процессам, составляющим основу технологического совмещения операций формоизменения компонентов с их сваркой, очистки поверхности с формированием покрытий.

Активированное состояние представляет собой предельное, критическое состояние термодинамической неустойчивости атомных образований в кристалле.

Раздельный и совместный энергетический вклад технологических операций в энергию активации ДОн стадии возникновения активного центра (очага "локального плавления") иллюстрирует рис.4.

Выполнение технологически необходимой операции очистки поверхности металла приводит к снижению свободной энергии активации до величины АС5=ДСя - ДОот вследствие роста энергетического потенциала поверхности в

начальном состоянии до уровня Сэ. Последующий безокислительный нагрев металла до температуры процесса совместной пластической деформации Т<Г8, увеличивающий его энергетический потенциал в начальном состоянии до уровня , вызывает дополшггельное уменьшение свободной энергии активации до

значения ДОз=ДОз-(ДСоч+ДСт). Последующая совместная пластическая деформация компонента должна преодолеть энергетический барьер ДСдеф, равный необходимой свободной энергии активации ДО'8, и, тем самым, обеспечить требуемое состояние активированного комплекса, представляющего собой очаг "локального плавления".

активированное конечное состояние

состояние (очаги (металл после

"локального плавления") сварки)

Рис.4. Изменение энергии Гиббса металла в процессе образования сварного соединения и вклад технологических операций в величину свободной энергии активации стадии образования очагов "локального плавления"

В результате термодинамического анализа температурной зависимости свободной энергии активации ¡Д03| образования очагов «локального плавления» и свободной энергии активации образования очагов «локального полиморфного превращения» |ДС"| для низкотемпературных модификаций металлов, обладающих полиморфизмом, получены уравнения зависимости |ДС5!=ф(Т) и |АСх|=Г(Т) для ряда металлов и железоуглеродистых сплавов с содержанием углерода до 0,66 масс.%. >

Решена задача оптимизации температурного режима получения биметалла на стальной основе твердофазной сваркой. Особенность принятого в работе подхода к решению данной зада™ заключается в том, что в основу метода положена взаимосвязь разности свободных энергий а- и у-жслеза АСа"т (фаз • с ОЦК- и ГЦК-решетками) со свариваемостью в твердом состоянии металлов и сплавов, обладающих полиморфизмом. Приведенные на рис.5 температурные зависимости этих величин убедительно иллюстрируют такую взаимосвязь.

17

начальное состояние (свободный металл)

Рис.5. Температурные зависи- Рис 6 Изменения оптимальной температуры

мости ^ разности свободных сварки Хот и охношения Топ/Г5 от содержа-

энергий ДС железа (1) и ния углерода в сплаве (зависимости приведе-

прочности соединения при его НЬ1 совместно с участком диаграммы Fe-C) сварке в твердом состоянии (2)

Из рис.5 видно, что оптимальной для твердофазной сварки чистого железа является температура 1150° С, которой соответствуют наибольшая прочность сварного соединения и минимальное значение величины AGa"v. Можно считать, что и для сплавов на железной основе с определенным содержанием углерода оптимальной температуре твердофазной сварки будет соответствовать минимальное значение разности свободных энергий а- и у-фаз. Для определения оптимальных температур сварки выполнен расчет свободных энергий Гиббса феррита и аустенита в системе Fe-C для интервала температур 900-1700К и концентраций углерода Х^О,0-0,1 (0,0-0,66 масс.%) в приближении теории бесконечно-разбавленных растворов.

На рис.6, совместно с участком диаграммы Fe-C, представлены зависимости оптимальной температуры Топг и ее отношения к температуре плавления Ts (Ton/Ts) от содержания углерода в сплаве. Из рис.6, следует, что оптимальная температура сварки давлением железо-углеродистого сплава, удовлетворяющая условию минимума функции AG"~r, превышает температуру перехода его в ау-стенигаое состояние примерно на 200-130° С, причем с ростом концентрации углерода в сплаве величина ДТ уменьшается. Так как энергия активации процесса возникновения очага «локального плавления» при T<Ts в твердых металлах с ростом их температуры плавления увеличивается, то безусловно, и оптимальная температура сварки сплава будет определяться не только его составом, но и температурой плавления. Зависимость Tc/Ts аппроксимируется линейными уравнениями для соответствующих интервалов концентраций углерода в сплаве (мольная доля Хс):

Интервал концентраций (Хс)

О - 0,005 0,005-0,015 0,015-0,030

Уравнение Толт/Т3 = ф(Хс) Топт/Т3 = 0,778-6ДХС ТОП1/Т8=0,77-4,81ХС Т0П1/Т8 = 0,743 -2,87ХС

Экспериментальная проверка оптимальных температурных режимов горячей прокатки составной сталемедной заготовки с сердечником из различных марок стали показала высокую степень достоверности предложенного в работе метода.

2. ЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУР И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ ПЛАСТИЧЕСКИ ДЕФОРМИРУЕМОГО МЕТАЛЛА И КИНЕТИКА ОБРАЗОВАНИЯ ТВЕРДОФАЗНОГО СОЕДИНЕНИЯ

2.1. ВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НА РАЗВИТИЕ АКТИВАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Изучение процессов формирования соединения разнородных металлов в композиционный материал при их совместной пластической деформации осуществлено на основе синтеза термодинамического, молекулярно-кинетического и дислокационного подходов и представлений о дискретном строении деформируемых материалов. Из достаточно детально разработанной в настоящее время классификации механизмов, контролирующих пластическую деформацию, для анализа выделены две наиболее характерные группы - адаптивная и диссипативная, первая из которых связана с накоплением дефектов и искажений структуры, а вторая - с тепловым эффектом. Энергетический баланс процесса пластической деформации для единицы объема твердого тела представлен уравнениями

где \Vpii сШр/Ш - работа и мощность пластической деформации соответственно.

Для раскрытия активирующей роли пластической деформации в формировании твердофазных соединений в биметаллах изучены закономерности эволюции структур и энергетических состояний сильновозбужденных объемов металла. При совместной пластической деформации такие объемы в поверхностных слоях металлов, являющиеся активными центрами, обеспеЧи-

\УР= АСд4,+ 0 или с1\¥р/сК = (1(Л0деф)/(И + с1<3/(Й,

вают образование связей и рост прочности твердофазного соединения. Мате магическое описание структурно-энергетических изменений при пластическом деформировании проведено на основе квантово-механической теорш абсолютных скоростей реакций Г.Эйринга.

Получены дифференциальные уравнения, описывающие скоросп

изменения в деформируемом элементе свободной энергии ДСгдеф и мощность диссипативных процессов (теплового эффекта) 0:

АОдеф = а(ДОяеф ) / (11 = СЕ ехр(± ра2а I 11тЦ(аа? - АС деф )/ 2Ят), (1; С) = ад/с11 = В£ехр(±рст2а/КтЦ(а^ +ДОдеф)/2Кт), (Т

где С£ =2кТ/Ь-^ц;ехр(-(дО;)[)./Кт); ВЕ =2кТ/Ь^ц;'ехр(-(дС;)}1 /Кт) 1 1

(дО8]0 ] - свободная энергия активации размножения дефекта ¿-го вида;

, - свободная энергия (химический потенциал) дефекта ¿-го вида соответственно в процессе упрочнения и диссипации; аа и с; - гидростатическое давление и интенсивность напряжений соответственно; к - постоянная Больцмана; Ь - постоянная Планка.

Анализ кинетических уравнений (1) и (2) показывает, что поведение . твердого тела при пластической деформации является нелинейным. В каждый момент времени скорости кинетических процессов ДСдсФ и 0 однозначно определяются степенью возбуждения неравновесной системы, характеризуемой плотностью избыточной свободной энергии ДСдсф . При этом

интенсивность возбуждения системы по мере увеличения плотности избыточной энергии ДФдеф изменяется по-разному - мощность возбуждения

ДСгдеф уменьшается и стремится к нулю, а мощность диссипации энергии возрастает и достигает максимального значения при выполнении условия

аа?=ДСдеф=£(ДО;:)0д. (3)

1

Таким образом, неравновесная система в соответствии с принципом Ле-Шателье адаптирует (приспосабливается) к внешним воздействиям, процесс становится стационарным, а структура - диссипативной. При этом осуществляется динамическое равновесие между аморфной и кристаллической

фазами, а мощность квазивязкого течения полностью превращается в тепловой эффект С>тах, т.е.

WpC = Qmax = В, exp(±p^ / RT)sh(ocCTf / R1).

В этих условиях квазивязкое течение сопровождается самоорганизацией, а сопротивление деформации crs=const. Процесс самоорганизации структуры характеризуется наиболее равномерным распределением внешнего силового поля (а,) по локальным структурным элементам и свободной энергии Гиббса в формируемом объеме. Скорость пластической деформации контролируется только диссипативными процессами и определяется по уравнению

8р = Q/Cj = (Вj /crj)sh(2acf ) , (4)

где В'Е = (2kT / h )]Г ц"ехр[-(ДGs ± [Зст^) /RT].

1

В наиболее явном виде установившейся стадш1 процесса отвечает течение вязких жидкостей в условиях чистого сдвига, когда аа=(), а^-с. В этом случае уравнение течения подобно уравнению Ньютона с коэффициентом вязкости г) = a(Bv)/2

8р =т/т1=т/а(В'Е)/2.

Ввиду того, что диффузионным процессам принадлежит определяющая роль в формировании высокопрочного твердофазного соединения в биметалле при СПДРМ, проведен теоретический анализ влияния напряженно-деформированного состояния на интенсивность диффузионных процессов. Для оценки такого влияния рассмотрено соотношение между коэффициентами диффузии D' и D в напряженно-деформированном (неравновесном) и равновесном состояниях, представленное в виде

=lg(D7D) = lge[+|3^ +0,5(aa?+AG^)/RT], (5)

где M=lge, знак "-" относится к гидростатическому сжатию

В соответствии с уравнением (5) относительная величина vj/E>a характеризует десятичный порядок возрастания диффузионной подвижности атомов в неравновесном состоянии по отношению к равновесному. В сильновозбужденном состоянии, в частности, в объеме очага «локального плавления»

(активного центра) при чистом сдвиге оу=0, аа1=АСдеф= AGS . Следовательно, а- = MAGS / RT. Анализ результатов расчета величины we"a- Д-та различных чистых металлов в состоянии предельной механической активации при Т=300 К, т.е. когда AGS =ДН3, показал увеличение интенсивности диффузионной подвижности атомов на 3...24 порядка в зависимости от величины теплоты плавления AHS материала. Проанализировано влияние диффузионной подвижности атомов на интенсивность пластического течения поверх-

ностных слоев металлов в условиях межслойного трения при их совместной пластической деформации и сварке. Принимая, что в условиях внешнего трения сг1пов = т, ТУ= , скорость сдвиговой деформации е7 равна

¿т =сОг /т^сП^/х,

п (6)

^=еХр(2,Зч/е.а.); с = ДО®/8бУа,

где Дв® - свободная энергия активации образования вакансии; g - геометрический множитель, зависящий от типа кристаллической решетки и равный соответственно 1 и 1/6 для решеток ГЦК и ОЦК; 8 - длина перескока атома; Уа - объем атома.

Линейная скорость вязкого течения участков поверхностных слоев металлов в объемах очагов «локального плавления» при межслойном трении описана уравнением

У-С^ЗД/^ (7)

где j - индекс, качественно характеризующий свойства металла пары трения и принимающий конкретные обозначения: М - мягкий и Т - твердый; 1г* -

толщина слоя металлав пределах которого осуществляется вязкое течение.

Анализ уравнения (7) позволяет прогнозировать существенное увеличение скорости V, по мере возрастания степени пластической деформации, так. как в этих условиях величина может увеличиваться на 2...20 и более порядков.

Объем очага «локального плавления» определяется уравнением

Уг=2цДН5/т^2цДН^/т82, (8)

где ДН™ - энергия активации миграции вакансии; ДН8 =| - О0 ]; ц - модуль сдвига; -предел текучести на сдвиг поверхностного слоя.

Величину АН™ следует рассматривать как максимально возможную энергию деформации сдвига, при достижении которой кристаллическая решетка в малых объемах будет «локально расплавлена», т.е. аморфизируется или перейдет из низкотемпературной в высокотемпературную модификацию, как в случае а- и у-Бе. В работе приведены результаты расчета объемов очагов «локального плавления» для различных металлов. Именно вследствие образования таких очагов происходит активированное топохимическое меж-слойное взаимодействие при совместной пластической деформации, приводящее к формированию твердофазного соединения.

2.2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АДГЕЗИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОМПОНЕНТОВ БИМЕТАЛЛА ПРИ СВАРКЕ СОВМЕСТНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ

При разработке модели приняты следующие положения:

- образование межатомных связей происходит на активных центрах;

- прочность на сдвиг образующейся единичной связи равна прочности на сдвиг единичной связи в объеме мягкого металла.

Если общее число атомов на единице площади поверхности равно N0, вступивших в контакт - N6 а образовавших связи в рассматриваемый момент времени - то адгезионная составляющая та сил межслойного трения может быть определена из выражения

та=тДКс/Н0) = т5(Кс/ВДКг/М0), (9)

где та - сопротивление сдвигу поверхностного слоя мягкого металла.

Отношение (N/N0) характеризует относительную площадь фактического контакта (Бф/Бо). Можно принять, что (N{/N0)« (Эф/Бо). Отношение (N^¿1 показывает, какая часть атомов, вступивших в физический контакт, образовала связь при данных условиях за время контакта 1к, и определяется зависимостью

тг) = уа -1к • ехр[-((ДОд)т -(аст?)пов)/11т], (10)

где \'з - частота колебаний атомов; (ДС8)Т - свободная энергия активации образования очага «локального плавления» на поверхности твердого компонента при отсутствии межслойного взаимодействия; (а, )пов - интенсивность напряжений в поверхностном слое при межслойном взаимодействии. Уравнение адгезионной составляющей принимает вид та = т5 • (Бф / Б0) • Уа • I к • ехр[- ((до; )т - (<хст? )пов) / Ят]. (11)

Полученное кинетическое уравнение можно рассматривать как обобщенное, позволяющее учитывать особенности развития активационных процессов межслойного взаимодействия и соединения металлов на активных центрах. Из уравнения (11) следует, что величина та/т, зависит от соотноше- . ния между временем контакта ^ активных центров обеих поверхностей и временем активации необходимым для образования активных центров (очагов «локального плавления») на поверхности твердого компонента, которое определяется из уравнения

1акт =у-' ■ ехр[((ДОз )т /ЯТ) - (1 - (ст; / а, )], (12)

с учетом последнего уравнение (11) может быть представлено в виде .

тв/т,=(8ф/80).(1к/О. (13)

При совместной пластической деформации сомножитель ехр|((ДС<!)т /Б1Т)- (1- (а, /с5)пов)]=' > относительная площадь фактического контакта (Эф / Б0) = 1, I к = 1акт .

В этих условиях на взаимодействующих активных центрах образуются прочные металлические связи (мостики схватывания).

• Принципиальным достоинством разработанной модели является то, что в ней учитываются кинетические условия образования твердофазного соединения, энергетическое состояние поверхностей, температура и напря-. женно-деформированное состояние на участках контакта.

2.3. ВЛИЯНИЕ МЕЖСЛОЙНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НА ЗАКОНОМЕРНОСТИ СПДРМ

1 По результатам прокатки в двух- и четырехвалковом калибрах различной формы проведен анализ общих закономерностей формоизменения биметаллической заготовки и развития совместного течения ее компонентов. На рис. 7 приведены характеристики, отражающие изменения по длине очага деформации (x/lg) показателей пластического течения компонентов и композиции в целом. Полученные зависимости характерны для большинства режимов прокатки как в двух-, так и в четырехвалковом калибрах. Из полученных результатов видно, что переход от избирательной деформации меди к неравномерной СПДРМ композиции происходит при x/lg«0,2, а к равномерной -при x/lg=0,6-0,65.

Влияние межслойного взаимодействия на закономерности деформирования компонентов и композиции в целом имеет принципиально важное значение. Оно проявляет себя через механизм саморегулирования в металлах активированных состояний, необходимых для возникновения и стабилизации процесса совместной пластической деформации. В зоне избирательной деформации в результате межслойного взаимодействия происходит выравнивание свободных энергий активации (AGS )т и (AGS )м обоих металлов и устанавливается i динамическое равновесие при значении (AG^)™ = <(AG¡)т - AGp) = ((AG'S)м + AGp) • Неравномерную (неполную) СПДРМ следует рассматривать как переходный процесс из состояния, достигаемого на границе области избирательной деформации, в состояние равномерной СПДРМ. Объективно ей присущи основные признаки, характеризующие переходные процессы в любых динамических системах независимо от их природы. В Частности, колебательный характер переходных процессов, наблюдаемый в динамических системах, имеет место при неравномерной

СПДРМ. Затухающий характер такого процесса и переход к равномерной СПДРМ обусловлен развитием пластической деформации компонентов (в первую очередь, твердого) и межслойного адгезионного взаимодействия с образованием дискретных неразрушающихся мостиков сварки. Воздействия, оказываемые металлами друг на друга при межсловном взаимодействии, следует рассматривать в качестве элементов обратной связи, стабилизирующих процесс в многосвязной динамической системе СПДРМ.

и я 5

о. £

о ч л

3 £

о 1,0

ф X

и

3 I

0,8

0,6

II

£ 2 о й

0,4

5а, я

50 40 30 20 10 0

I

1 I

I

i

I I

0 0,2 0,4 0,6 0,8 х/1д. Рис.7. Развитие совместной пластической деформации при прокатке биметалла в калибре: 1 - сердечник (сталь); 2 - оболочка (медь); 3 - доля меди (Рси/Р) в изделии

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ ПРИ ПРОКАТКЕ В КАЛИБРЕ С МНОГОСТОРОННИМ ОБЖАТИЕМ

Комплексное решение вопросов формоизменения и формирования твердофазного соединения при получении биметалла прокаткой требует знания закономерностей развития межслойкой поверхности в очаге деформации, которые в свою очередь зависят от формоизменения сердечника. Для процесса прокатки биметаллических заготовок в калибрах с многосторонним обжатием в настоящее время не известны расчетные модели, позволяющие исследовать формоизменение компонентов в объеме очага деформации. Разработанная математическая модель в определенной мере восполняет этот пробел.

При исследовании напряженно-деформированного состояния процесса прокатки в многовалковых калибрах одной из наиболее сложных проблем является описание конфигурации очага деформации. При этом целесообразно выработать общий подход к описанию геометрии очага деформации, позволяющий без существенного изменения аналитических зависимостей получать подобные семейства форм для подобных форм заготовок и инструмента.

Разработанная модель отражает общий подход к описанию геометрии очага деформации в случае круглой заготовки, состоящей из твердого круглого сердечника и мягкой оболочки, при деформировании в квадратном стрельчатом калибре (рис.8).

На основании экспериментальных данных известно, что поперечное сечение сердечника в плоскости выхода представляет собой стрельчатый квадрат, в который монотонно преобразуется входящий в очаг деформации круг. Для его описания используются две независимые величины: переменный по длине очага деформации радиус окружностей Ят(х), составляющих стрельчатый квадрат, и координаты центров этих окружностей (±сГ(х).0), (0,±сГ(х)), лежащих на параболах. Граница сердечника С(х) в координатной плоскости также имеет форму квадратичной параболы и является функцией от радиуса и координаты центра окружности:

с1т(х) = а(х2-120)+Ь(х-10);

С(х) = а,х2 +а2х + а3; С(х) = 11т(х) -с!т(х),

где а,Ь - варьируемые коэффициенты; аь а2, а3 - рассчитываемые коэффициенты; 10 - длина геометрического очага деформации.

Поверхность очага деформации представляет собой объединение контактных с валками поверхностей и свободных поверхностей. В поперечном сечении оболочки линии контакта с валком образованы дугами окружностей калибра. Уравнение границы оболочки г0(х) в координатной плоскости определяется уравнением рабочей поверхности валка. Текущие координаты

центров окружностей (±<1м(х),0), (0,±сГ(х)) являются функцией поверхности калибра и границы оболочки:

Км(х) = Рк>' ZQ(x) = Rk-лjRl-x2■, <1м(х) = рк -20(х), где Ик - расстояние от оси валка до центра калибра в плоскости выхода из очага деформации; И® - радиус валка; рк - радиус калибра:

В поперечном сечении оболочки следы свободных поверхностей имеют форму дуг окружностей. Для их описания используются радиус окружности и координаты центров (±Ь(х), ±Ь(х)).

г(х) = а4х2 +((^3 -а41о)-Х)^0>

Ь(х)=(~2(г(х)+с1м (х)+^ 4(г(х)+с1м (х))2 - 8[(г(х))2 + 2г(х)с1м (х)+(с1м(х))2 - ]) / 4'

где а.1 - варьируемый коэффициент; - радиус заготовки на входе в очаг деформации.

готовки: 1 - сердечник (т); го сечения биметаллической

2 - оболочка (м) заготовки

Для учета возможного изменения геометрии очага деформации и выбора требуемого описания из множества наборов в определяющих соотношениях присутствуют три коэффициента а, Ь, а4, которые позволяют создавать требуемую форму.

Определение действительной геометрии очага деформации осуществляется путем нахождения минимума функционала

где ЫТ,ЫМ - мощность внутренних сил металлов сердечника и оболочки

соответственно; >Г - мощность сил межслойного взаимодействия; № -мощность сил трения на контакте оболочки с валками.

Существенной особенностью, определяющей новизну модели, является

наложение на функционал граничного условия ДУ = (V" -V* )х=] = 0, где

|х=10 " скорость движения оболочки на контакте с сердечником в плоскости

выхода из очага деформации; V* | х=)о - скорость движения сердечника на контакте с оболочкой в плоскости выхода го очага деформации. Подобное условие, вводимое в функционал с помощью функции штрафа Р=х^Д V, позволяет ограничить исследование классом моделей, которые описывают очаг деформации, в котором произошло образование биметаллического соединения.

Результаты моделирования позволили полностью рассчитать деформированное состояние оболочки и сердечника (рис.9). Коэффициент неравномерной деформации сердечника, вычисляемый по формуле К=1-Бгшс/5ш,!С, где 5глис -площадь сечения сердечника на выходе из очага деформации; Боше - площадь окружности, описанной вокруг стрельчатого квадрата, увеличивается с увеличением диаметра валков, радиуса сердечника и радиуса калибра. На рис.10 и 11 приведены результаты моделирования профиля поперечного сечения биметаллической заготовки по длине очага деформации для варианта со следующими исходными данными: материал сердечника - сталь 15Г, оболочки - медь М1; диаметр валков по краю калибра - 200 мм; глубина вреза калибра в валок - 0,2 мм; радиус заготовки на входе - 3,6 мм; радиус сердечника - 2,6 мм; соотношение компонентов в заготовке: сердечник - 52%, оболочка - 48%.

мм 3,6 3,4 3,2 3,0 2,8 2,6 '2,4 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 х/1о Рис.10. Распределение высотных деформаций оболочки и сердечника по длине очага деформации: 1 - сердечник; 2 - оболочка

0е,о

мм

8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 0

[2

1

хЛо

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Рис.11. Изменения размеров диагоналей оболочки и сердечника по длине очага деформации: 1 - сердечник; 2 - оболочка

Из рис. 10 видно, что высотные деформации компонентов по длине очага деформации монотонно убывают. Иной характер изменения продольной деформации оболочки, обусловленный ее интенсивным уширением в начальной стадии процесса прокатки, наглядно иллюстрирует кривая 2 на рис.11. В зоне равномерной СПДРМ упшрение заготовки уменьшается аналогично уменьшению диагонали сердечника. Сопоставление результатов моделирования формоизменения компонентов биметаллической сталемедной заготовки с высокой степенью достоверности согласуется с результатами измерений- поперечных сечений по длине очага деформации недокатов, полученных при прокатке экспериментальных образцов заготовок.

4. НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В СОЗДАНИИ ТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА И ФОРМИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Роль технологической операции очистки металлических поверхностей в получении высококачественного твердофазного соединения компонентов биметалла является определяющёй. Вместе с тем решение проблемы очистки путем создания новых высокоэффективных экологически безопасных технологий значительно выходит за рамки проблемы получения биметаллов и является актуальной для многих отраслей промышленности. На рис.6 показан вклад

операции очистки поверхности в уменьшение на величину АС0Ч свободной энергии активации АС3 образования в поверхностном слое очага «локального

плавления» (активного центра). Величина АО0Ч может быть оценена методом

сравнения измеренных значений электрического потенциала поверхности до очистки и после нее. Таким образом, показатель активирующего вклада очистки, выраженный количественно в росте величины электрического потенциала поверхности, может служить объективным критерием качества и эффективности различных способов очистки. Для новой технологии получения биметаллической проволоки были разработаны способы очистки, основанные на использовании электрических высокочастотных разрядов и разрядов на постоянном токе в газообразных и жидких средах. Выполненные разработки имеют преимущества принципиального характера перед такой широко распространенной в металлургической практике технологией, как травление в растворах кислот и др.: экологическая безопасность процессов; их управляемость; высокое быстродействие; компактность основного технологического оборудования и отсутствие сложной инфраструктуры и др.

Принципиальным достоинством новых способов обработки поверхности является совмещение стадии очистки с другими процессами, такими, напри-

мер, как нагрев изделия, нанесение металлических покрытий. На основе каждого из этих способов были реализованы самостоятельные модульные варианты экспериментальных непрерывных технологических линий получения сталемедной проволоки. Важным является то, что каждый из способов подготовки поверхности обусловил принципиальные различия в технологиях и структурах этих вариантов. Результатом проведенных исследований по каждому из них явился окончательный выбор технологии для промышленной реализации.

Основу технологических совмещений очистки с другими операциями, аналогично, как и при совмещении сварки с пластическим формоизменением металлов, составляют процессы эволюции структурно-энергетических состояний сильновозбужденных сред. •

Для совмещения операций очистки поверхности и нагрева заготовки перёд прокаткой было использовано физическое явление возникновения на нагретой стальной поверхности в среде аргона несамостоятельного высокочастотного частично прозрачного по отношению к электромагнитному полю индукционного плазменного разряда. Разработанная физическая модель явления, основанная на анализе распределения плотности тока по радиусу сквозной цилиндрической полости индуктора при различных частотах электрического тога и развития разряда по мере перехода от индукционного нагрева к самостоятельному индукционному разряду позволила выбрать оптимальные частоты для практического использования в технологических целях. Применительно к технологии получения биметаллической заготовки оптимальной является частота 1,76 МГц. На основе совмещенного процесса был разработан принципиально новый способ получения биметаллической заготовки, не имеющий аналогов в отечественной и мировой практике. Суть способа заключается в том, что при непрерывном движении проволоки через индукционный плазмотрон очистка сопрягаемых поверхностей сердечника и оболочки и нагрев заготовки перед прокаткой достигается за счет того, что плазменный разряд возбуждается на нагретой поверхности сердечника в зазоре между незамкнутой оболочкой и сердечником. В данном случае изделие с незамкнутыми кромками оболочки, через которую во внутреннюю полость поступает аргон, по-существу само является непрерывным плазмотроном. Для исключения возможного окисления очищенных поверхностей при выходе заготовки из полости индуктора плазмотрон устанавливается непосредственно на защитном кожухе клети-камеры и герметично закрепляется. Данный вариант технологии обеспечивает высокое качество биметаллической продукции, превосходящей по своим свойствам зарубежные аналоги (США, Германия). Однако необходимость обеспечения высокого качества защитной атмосферы в клети-камере создает определенные трудности для ее широкого использования в промышленном производстве.

Разработка и практическое применение способа обработки металлической поверхности, основанного на совмещении электрофизических и электрохимических процессов (ЭФЭХ-процессов) в рабочей зоне позволили соединить в

одной технологической операции очистку поверхности и формирование на ней металлического покрыли. На основе проведенных исследований разработаны основные концептуальные положения, касающиеся природы явлешш, обеспечи-' вающих совмещение операций,

Экспериментально обнаружены эффекты:

- аномальный массоперенос вещества покрытия к поверхности основы и внедрение его в кристаллическую решетку материала основы;

- прямое соединение полностью взаимно нерастворимых металлов (например, железо-свинец) с образованием совместной кристаллической структуры в поверхностных слоях и последующим упорядоченным ростом структуры материала покрытия.

Выдвинута гипотеза о природе ЭФЭХ процессов, согласно которой возникновение электрических разрядов в рабочей среде на поверхности изделия обусловлено тепловым пробоем, возникающим в результате перегревной неустойчивости. Данная гипотеза, положенная в основу математического описания процесса, позволила получить зависимость для определения критической напряженности электрического поля, при которой возникает тепловой пробой. Величина этой напряженности характеризует нижнюю границу области процесса очистки для данного способа и определяется выражением

EKp-(7t/d0).(^/(da/dT))0'5)

где do - диаметр локального объема; К - коэффициент теплопередачи; (da/dT)

- скорость изменения электропроводности среды от температуры.

Разработаны инженерные методы расчетов основных параметров технологических режимов очистки и нанесения покрытий и основных элементов рабочих ячеек.

На рис.12 приведена спектрограмма свинцового покрытия на стальной поверхности.

Металлографическими исследованиями свинцового покрытия, полученного по новому способу, установлено, что толщина сформированного покрытия достигает 20 мКм, а глубина имплантации свинца в поверхностные слои стальной основы составляет 2-3 мКм.

Высокое качество Ti, Zn и Al-Zn покрытий подтверждено результатами независимых исследований. Научно-техническим центром ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» проведен металлографический анализ титанового покрытия, на стальной основе. Установлено, что толщина покрытия, в зависимости от режимов формирования, составляет до 10 мКм, толщина диффузионного слоя 1-3 мКм. Сцепление покрытия с основой, определенное методом изгиба на 180° и оцениваемое в условных баллах (по 5-ти балльной системе), соответствовало 4-5 баллам.

X-RfiVJ 0-20 ktU

Live! 126s Presets 100s Remaining!

Rail 230; 45* Dead_

74s

С P

< .1

P t

1

FS= 32K ИЕН11

-10.363—lc*U_

ch' 528= 1556 cts

Рис.12. Спекторограмма свинцового

покрытия на стальной Поверхности

■ЯШ,

ь у ^ *

!Р ДvTI, '

Рис.13. Микроструктура цинкового покрытия (х350)

По заключению «Scientific Testing Laboratories, INC» (США) Zn и Al-Zn покрытия на стальной основе в зависимости от режимов формирования имеют толщины свыше 40 мКм (рис.13), диффузионный слой составляет 1-5 мКм. Испытания на изгиб покрытий по стандарту W-6712 и DOD 2138 (SH) и адгезию покрытий по стандарту ASTM D4541-95 показали полное отсутствие отслоения покрытий от основного металла.

Выполненные разработки и исследования явились основой развития нового научно-технического направления в создании технологий обработки металлических поверхностей, включая очистку и формирование функциональных покрытий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Решение актуальных проблем многих отраслей промышленности, транспорта, создание отечественной электронной техники мирового уровня выдвинули требования, коренного улучшения выпускаемых в стране биметаллических проводниковых материалов и, в первую очередь, сталемедной проволоки. Анализ существующего металлургического способа производства с позиций экологии, трудоемкости процессов, качества продукции показал его полное несоответствие современному уровню требований и необходимость радикального изменения технологии. На основе результатов исследований и разработок, изложенных в диссертации, были созданы и освоены в промышленности новая эко-

32

логически безопасная ресурсосберегающая технология изготовления биметаллической сталемедной проволоки и непрерывная линия для ее производства, что позволило решить актуальную проблему получения отечественной продукции, соответствующей уровню мировых стандартов. Полученные в процессе исследований новые научные результаты и разработки по совмещению операции очистки металлической поверхности с формированием функциональных покрытий явились основой нового перспективного научно-технического направления в создании технологий производства изделий с покрытиями.

Основные выводы:

1. Совмещенные процессы, лежащие в основе новых технологий, являются результатом проявления аномальных свойств систем в сильновозбужденных состояниях, представляющих собой в частности, предельное критическое состояние термодинамической неустойчивости кристаллических решеток в объемах локальных «очагов плавления», что приводит к схватыванию и развитию прочности твердофазного соединения при совместной пластической деформации. Подобные состояния возникают также в локадьных объемах газообразных и жидких сред, взаимодействующих с нагреваемой поверхностью в электрическом поле, следствием чего является возникновение перегревной неустойчивости и тепловой пробой среды, способствующий совмещению очистки с нанесением покрытия.

2. Предложен энергетический принцип анализа совместного вклада технологических операций в изменение свободной энергии активации ДС3 образования активных центров. Получены уравнения, описывающие температурную зависимость Д08 для различных металлов, железоуглеродистых сплавов с различным содержанием углерода.

3. Решена задача оптимизации температурного режима изготовления биметалла по критерию максимальной прочности твердофазного соединения. Получены уравнения для определения оптимальных температурных режимов совместной пластической деформации компонентов биметалла, включающих стали и сплавы с различным содержанием углерода. Конкретизация оптимального температурного режима позволяет непосредственно по

температурной зависимости ^^ определять оптимальную величину работы деформации, необходимой для образования активных центров.

4. Для создания технологий с использованием обработки металлов давлением в качестве способа получения твердофазного соединения металлов , разработан принцип анализа процесса пластической деформации, основанный на синтезе термодинамического, молекулярно-кинегического подходов и представлений о дискретном строении деформируемых материалов. В соответствии с теорией абсолютных скоростей реакций получены дифференциальные уравнения для описания кинетики двух ос-

новных групп механизмов, контролирующих пластическую деформацию - адаптивный и диссипативиый. С помощью уравнений изучены закономерности эволюции структур и энергетических состояний сильновозбужденных объемов металлов в поверхностных слоях, являющихся активными центрами и обеспечивающих образование связей и рост прочности твердофазного соединения. С учетом взаимосвязи структурно-энергетического и напряженно-деформированного состояний получены зависимости для сопротивления и скорости деформации, линейной скорости течения металла и относительной величины изменения коэффициента диффузии, объясняющие аномальный характер пластического течения металла в сильновозбужденном состоянии. Предложена гипотеза о адгезионно-диффузионном характере формирования биметаллического соединения при горячей прокатке, подтверждаемая результатами теоретического анализа и экспериментальных исследований.

5. На основе представлений о топохимической природе образования твер-. Дофазных соединений разработана математическая модель, описывающая кинетику адгезионного взаимодействия компонентов по межслой. ной поверхности при прокатке. Достоинством модели является то, что в

ней учитываются кинетические условия образования биметаллического соединения, механические свойства и состояние поверхностей, температура и напряженно-деформированное состояние на участках контакта.

6. Впервые разработана и исследована математическая модель формоизменения биметаллического профиля в объеме очага деформации в четы-рехвалковом стрельчатом квадратном калибре. Сопоставление результатов моделирования с экспериментальными данными характеризует высокую степень достоверности полученных результатов расчета.

7. Разработаны высокоэффективные и экологически безопасные технологии очистки металлической поверхности и формирования функциональных покрытий на основе совмещенных электрофизических и электрохимических процессов (ЭФЭХ-процессов). Выдвинута гипотеза, касающаяся природы этих процессов (гипотеза теплового пробоя). Проведены обширные экспериментальные исследования по изучению свойств очищенной поверхности и качества формируемых покрытий. Исследования проводились как в лаборатории МГТУ, так и в различных лабораториях предприятий, в отечественных и зарубежных научных центрах. Результаты исследований позволяют заключить, что обработанная поверхность приобретает уникальную антикоррозионную стойкость.

8. Разработка новой технологии изготовления длинномерных биметаллических изделий, создание и промышленное освоение непрерывной линии для их производства удостоена премии Правительства Российской Федерации 1999 года в области науки и техники.

Основные положения диссертации опубликованы:

а) в книге:

1. Современные технологические процессы с использованием порошковых и слоистых материалов / Стеблянко В. Л., Носков Е. П., Гун Г.С. и др. -Магнитогорск. 1993.- 168 с.

б) в учебных пособиях:

2. Стеблянко В.Л., Ткаченко В. А., Поляков М. Г. Методика моделирования процессов ОМД на ЭВМ. - Магнитогорск: МГМИ, 1975. - 81 с.

3. Стеблянко В. Л., Ситников И. В. Подготовка поверхности металлических компонентов при производстве слоистых композиционных материалов. -Магнитогорск: МГМИ, 1989. - 101 с.

в) в брошюре:

4. Стеблянко В. Л , Ситников И. В. Очистка и активация поверхности металлов перед плакированием и нанесением покрытий / Ин-т "Черметин-формация" серия «Прокатное производство», вып.4: обзорн.информ. -М., 1991.-22 с.

г) в статьях:

5. Стеблянко В. Л., Ткаченко В. А., Мамкин В. А. Экспериментальное исследование процесса прокатки в четырехвалковых калибрах при управляемом рассогласовании окружных скоростей валков // Теория и практика производства метизов: Сб. науч. тр. Магнитогорск: МГМИ, 1975. - С. 57-63.

6. Стеблянко В.Л., Бояршинов М.И., Ткаченко В.А. Исследование формоизменения в четырехвалковом калибре при прокатке прутков с рассогласованием окружных скоростей валков // Теория и практика метизного производства: Межвуз. сб. науч. тр. - Свердловск, 1976. - С.20-26.

7. Исследование ассиметричных случаев прокатки в четырехвалковых калибрах / Стеблянко В.Л., Мамкин В.А., Ткаченко В.А., Поляков A.M. // Обработка металлов давлением: Межвуз.сб. науч. тр. - Свердловск, 1978. - С.70-77.

8. Стеблянко В.Л., Марченко A.B., Воскобоева Л.Н. Оценка возможности использования газовых смесей для получения сварки взрывом в производстве биметаллов // Теория и практика производства метизов: Межвуз. сб.науч. тр. Свердловск, 1982. -С.28-31.

9. Математическое моделирование температурного поля ферромагнитного сердечника, обернутого медной лентой, при совместном нагреве в индукторе / Стеблянко В.Л., Девятов Д.Х., Коротецкая В.А., Шварцкопф A.A. // Теория и практика производства метизов: Межвуз.сб. науч. тр. -

Свердловск, 1985. - С.147-153.

10. Исследование переходных зон в биметалле методом микро-ТЭДС / Стеб-лянко B.JL, Хромченко Н.С., Солдатенко А.Ф., Долматова A.A. // Теория и практика производства метизов: Межвуз. сб. науч. тр. - Свердловск, 1985. - С.153-159.

11. Стеблянко В.Л., Аркулис Г.Э., Солдатенко А.Ф. Закономерности развития совместной пластической деформации при сварке биметалла прокаткой // Теория и практика производства метизов: Межвуз.сб. науч. тр. -Свердловск, 1986. - С.40-48

12. Формоизменение и качество соединения компонентов биметалла при сварке прокаткой в калибре / Стеблянко В.Л., Солдатенко А.Ф., Щербо Ю.А., Бухиник Г.В. // Теория и практика производства метизов: Межвуз. сб. науч. тр. - Свердловск, 1986. - С.56-63.

13. Стеблянко В.Л., Ситников И.В. Совмещение индукционного нагрева и плазменной обработки компонентов в непрерывной технологии производства слоистых металлов // Перспективы применения плазменной техники и технологии в металлургии и машиностроении (ДСП). - Челябинск, 1988.-С.58-59.

14. Стеблянко В.Л., Ситников И.В. Изучение теплофизических закономерностей процесса очистки металлов высокочастотным дуговым разрядом в потоке аргона // Теплотехнические вопросы применения низкотемпературной плазмы в металлургии (ДСП): Межвуз.сб. науч. тр. - Магнитогорск, 1989. -С. 120-126.

15. Стеблянко В.Л., Ситников И.В. Использование высокочастотного дугового разряда атмосферного давления для очистки и активации металлических поверхностей // Плазмотехнология: Сб.науч. тр. УМКВО. - Киев, 1990. - С.81-85.

16. Стеблянко В.Л., Солдатенко А.Ф. Неравномерность деформации компонентов при сварке биметалла прокаткой в калибре // Теория и практика процессов обработки композиционных и сплошных материалов: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск, 1990. - С. 11-19.

17. Steblyanko V.L., Sitnikov I.V., Goon G.S. A model of plasma preparation of components for composite materials // International Composite Conference. -Moscow, Elsevier Applied Science, London and New York, 1990/ P. 10881092.

18. Новая технология производства длинномерных слоистых металлических изделий / Стеблянко В.Л., Бухиник Г.В., Рябков В.М., Гун Г.С. // Новые процессы в черной металлургии: Тез. докл. заседаний научного Совета ГКНТ СССР. Бюл. ин-та «Черметинформация». - М., 1990. - С.39-41.

19. Разработка и освоение опытно-промышленной непрерывной технологической линии производства сталемедной заготовки / Стеблянко В.Л., Бухиник

Г.В., Веремеенко В.В., Трахтенгерц В.Л. и др. // Новые технологии получения слоистых материалов и композиционных покрытий: Тез. докл. Между-нар. науч.-техн. конф. - Сочи, 1992. - С.23-24. •

20. Исследование возможности изготовления биметаллической сталемедной проволоки с содержанием меди до 70% / Стеблянко В.Л., Утробин Ю.Б., Бухиник Г.В. и др. // Теория и практика процессов обработки композиционных и сплошных материалов: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск, 1993. -С.30-32.

21. Стеблянко В.Л., Рябков В.М., Люльчак В.И. Подготовка поверхности компонентов композиционных материалов с автоматизированным контролем их состояния // Теория и практика процессов обработки композиционных и сплошных материалов: Межвуз. сб. науч. тр. -Магнитогорск, 1993. -С.71-74.

22. Steblyanko V.L., Ryabkov V.M., Ljulchaк V.l. / An Automated Control of the State of Dispersed and Nonmetallic Materials // International Conference Materials by Powder Technology PTM-93, march 23-26, 1993, Dresden, Germany. - Dresden, 1993. - P.125-128.

23. Стеблянко В.Л., Люльчак В.И., Климин Л.С. Особенности технологии изготовления биметаллической сталемедной заготовки для выводов в полупроводниковых приборах // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск, 1994. - С. 76-80.

24. Стеблянко В.Л., Люльчак В.И., Климин Л.С. Технология изготовления биметаллической сталемедной проволоки с повышенным содержанием меди // Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона: Материалы Межгосуд. науч.-техн. конф. 16-21 мая 1994. - Магнитогорск, 1994. - С.134-136.

25. Стеблянко В.Л., Лигачевская Л.А. Математическое моделирование формоизменения профилей из структурно-неоднородных материалов при прокатке в калибрах с многосторонним обжатием. - Магнитогорск, МГМА, 1994. - 20 с. Деп. в ВИНИТИ 10.11.94. № 2549-В94.

26. Стеблянко В.Л., Лигачевский В.М., Лигачевская Л.А. Реализация математической модели деформирования биметалла в калибрах с многосторонним обжатием // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. - 1996. - №1. - Москва. -С. 30-32.

27. Стеблянко В.Л., Лигачевская Л.А., Лигачевский В.М. Обобщенный подход к описанию очага деформации // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. -1996.-№3.-С.20-22.

28. Стеблянко В.Л., Лигачевский В.М., Лигачевская Л.А. Исследование технологических параметров процесса формирования биметаллической катанки в многовалковом калибре // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. -1996. - № 5. - С.34-37.

29. Стеблянко В.Л., Лигачевская Л.А., Лигачевский В.М. Универсальное описание очага деформации // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск, 1996. - С.125-128.

30. Steblianko V., Riabkov V. Cooperative Processes In the new technologeis of metal composite materials and coatings forming // Abstracts 2nd International on Mis-Matching of Welds. April 24-26. Reistorf-Luneburg, Germany. 1996. P.261-264.

31. Стеблянко В.Л , Рябков В.М.. Кривощапов B.B. Новые технологии формирования функциональных металлических покрытий на основе совмещенных процессов // Прогрессивные решения в метизной промышленности: Сб. науч. тр. уральского отделения металлургии Академии проблем качества РФ, МГМА, ОАО "Магнитогорский калибровочный завод". -Магнитогорск, 1996. - С.22-28.

32. Стеблянко В.Л., Лигачевская Л.А., Лигачевский В.М. Формоизменения биметаллического профиля при прокатке в четырехвалковом стрельчатом калибре // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. - 1997. - №3. - С.34-37.

33. Экспериментальная оценка свойств пластически деформированных и недеформированных цинковых покрытий, полученных по новой технологии / Стеблянко В.Л., Сальников В.В. и др. // Научный поиск в обработке давлением: Сб. науч. тр. под ред Г.С.Гуна. - Магнитогорск, 1998. -С.128-131.

34. Развитие методов экспериментальной оценки физико-химического состояния очищенной поверхности перед формированием покрытий и плакированием / Стеблянко В.Л., Кривощапов В.В., Сальников В.В. и др. // Моделирование и развитие технологических процессов обработки металлов давлением: Сб. науч. тр. под ред. Г.С.Гуна. - Магнитогорск, 1999. -С.98-103.

д) в авторских свидетельствах и патентах

35. A.c. 564590 СССР, МКИ5, G 01 N 27/86. Устройство к дефектоскопу для блокировки краев протяженного изделия / Закиров Л.А., Мамкин В.А., Петров В.А., Поляков А.М., Рябчикова O.A., Стеблянко В.Л., Тимошенко П.П., Ткаченко В.А. Опубл. 05.07.77. Бюл. №25.

36. A.c. 610583 СССР, МКИ5. В 21 В 37/08, G 01 L5/00. Устройство для измерения усилия прокатки / Стеблянко В.Л., Ткаченко В.А., Мамкин В.А. 0публ.15.06.78. Бюл.№22.

37. A.c. 610581 СССР, МКИ5. В21 В 37/02, В 21 В 1/00. Способ регулирования размеров профиля при прокатке в четырехвалковом калибре / Стеблянко В.Л. ПоляковМ.Г., Мамкин В.А., Ткаченко В.А. Опубл. 15.06.78. Бюл.№ 22.

38. A.c. 1227280 СССР, МКИ5. В 21 В 45/04. Способ очистки поверхности

металлических изделий / Марченко A.B., Стеблянко В.Л., Солдатенко

A.Ф., Селезнев В.Г., Аркулис Г.Э. Опубл.30.04.86. Бюл.№16.

39. A.C. 1281361 СССР, МКИ5. В23 К 20/04. Способ изготовления биметаллической проволоки / Стеблянко В.Л., Аркулис Г.Э., Бухкник Г.В., Марченко A.B., Содцатенко А.Ф., Селезнев В.Г., Фомин E.H. -0публ.07.01.87. Бюл. №1.

40. A.c. 1315652 СССР, МКИ5 В 21 В 27/00. Узел валков для продольной прокатки сортовых профилей / Аркулис Г.Э., Стеблянко В.Л., Блинов

B.C., Солдатенко А.Ф. 0публ.07.06.87. Бюл.№21.

41. A.c. 1626209 СССР, МКИ5 G 01 R 29/12. Измеритель поверхностного потенциала / Стеблянко В.Л., Люльчак В.И., Ситников И.В. Опубл. 07.02.91. Бюл. №5.

42. A.c. 1724409 СССР, МКИ5 В 21 F 19/00. Способ изготовления биметаллической проволоки / Стеблянко В.Л., Солдатенко А.Ф., Конев C.B., Та-зееваР.Ф. Опубл.07.04.92. Бюл.№13.

43. A.c. 1729652 СССР, МКИ5 В 21 С 43/04. Устройство для очистки длинномерных изделий / Стеблянко В.Л., Блинов B.C., Ситников И.В. 0публ.30.04.92.5юл.№16.

44. A.c. 1747213 СССР, МКИ5 В 08 В 7/04. Способ очистки металлических поверхностей / Стеблянко В.Л., Ситников И.В., Люльчак В.И. Опубл. 15.07.92. Бюл.№26.

45. A.c. 1771829 СССР, МКИ5 В 08 В 7/04. Устройство управления электродуговой очисткой/ Стеблянко В.Л., Ситников И.В., Люльчак В.И., Тка-ченкоВ.А. Опубл.ЗО. 10.92. Бюл.№40.

46. Пат. 2008109 РФ, МКИ6 В 21 С 23/22. В 23 К 35/40, В 23 К 20/04. Способ изготовления биметаллической проволоки / Стеблянко В.Л., Бухиник Г.В., Ситников И.В., Веремеешсо В.В., Трахтенгерц В.Л., Люльчак В.И. Опубл. 28.02.94. Бюл.№4.

47. Пат. 2055947 РФ, МКИ6 G 25 F 1/00. Способ очистки поверхности металлического изделия / Стеблянко В.Л., Рябков В.М., Сосковец О.Н., Афонин С.З., Опубл. 10.03.96. Бюл.№7.

48. Пат. 2077611 РФ, МКИ6 С 25 Д 5/00,17/00/ Способ обработки поверхностей и устройство для его осуществления / Стеблянко В.Л., Рябков В.М. Опубл. 20.04.97. Бюл. №11.

49. Пат. 5.700366, США, МКИ6, United States Patent. Electrolitic Process For Cieaning and Coating Electrically Conducting Surfaces / Steblianko V.L., Riabkov V.M. Опубл. 23.12.1997.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТАЛЕМЕДНОЙ ПРОВОЛОКИ

2. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОЛОКИ

И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИИ

2.1. ОБЗОР НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОЛОКИ.

2.2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3. НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ

ЕЕ ОСНОВНЫХ ОПЕРАЦИЙ.

3.1. СОСТАВ ОБОРУДОВАНИЯ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕПРЕРЫВНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ.

3.2. СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ПРИРОДА АКТИВНЫХ ЦЕНТРОВ ОБРАЗОВАНИЯ ТВЕРДОФАЗНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.

3.3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПРИНЦИП АНАЛИЗА ВКЛАДА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ В ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ АКТИВНЫХ ЦЕНТРОВ.

3.4. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИИ АКТИВАЦИИ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ АКТИВНЫХ ЦЕНТРОВ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА.

3.5. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛА ТВЕРДОФАЗНОЙ СВАРКОЙ

ПРИ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКЕ.

3.6. ВЫВОДЫ.

4. ВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НА РАЗВИТЙЕ АКТИВАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

4.1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДА АНАЛИЗА СИЛЬНОВОЗБУЖДЕННОГО СОСТОЯНИЯ

МЕТАЛЛА ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ.

4.2. КИНЕТИКА АДАПТИВНЫХ И ДИССИПАТИВНЫХ МЕХАНИЗМОВ ПРОЦЕССА ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ.

4.3. ВЗАИМОСВЯЗЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЙ.,.

4.4. ИНТЕНСИВНОСТЬ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В СИЛЬНОВОЗБУЖДЕННОМ СОСТОЯНИИ ПЛАСТИЧЕСКИ ДЕФОРМИРУЕМЫХ МЕТАЛЛОВ.

4.5. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АКТИВНЫХ ЦЕНТРОВ (ОЧАГОВ «ЛОКАЛЬНОГО ПЛАВЛЕНИЯ»)

4.6. ВЫВОДЫ.

5. АНАЛИЗ СОВМЕСТНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ КОМПОНЕНТОВ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ

ПРИ ПРОКАТКЕ В КАЛИБРАХ.

5.1. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ СОВМЕСТНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ПРОКАТКЕ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

С ЦЕЛЬЮ СВАРКИ КОМПОНЕНТОВ.

5.2. МЕЖСЛОЙНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИ СВАРКЕ КОМПОНЕНТОВ БИМЕТАЛЛА ПРОКАТКОЙ.

5.2.1. Физико-химические особенности высокотемпературного контактного взаимодействия при трении.

5.2.2. Математическая модель адгезионного взаимодействия компонентов при совместной пластической деформации.

5.3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ ПРИ ПРОКАТКЕ

В КАЛИБРЕ С МНОГОСТОРОННИМ ОБЖАТИЕМ.

5.3.1. Обобщенный подход к описанию очага деформации.

5.3.2. Определение скоростей пластического течения компонентов

5.3.3. Определение действительной геометрии очага деформации

5.4. ВЫВОДЫ.

6. АНАЛИЗ ПРОЧНОСТИ ТВЕРДОФАЗНОГО СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ПРИ СОВМЕСТНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ.,.

6.1. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ КИНЕТИКИ ОБРАЗОВАНИЯ И РОСТА ПРОЧНОСТИ ТВЕРДОФАЗНОГО СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ.

6.2. ВЛИЯНИЕ РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ НА ПРОЧНОСТЬ ТВЕРДОФАЗНОГО СОЕДИНЕНИЯ, ПОЛУЧЕННОГО ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКОЙ.

6.3. ВЫВОДЫ.:.

7. НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В СОЗДАНИИ ТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА, ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛОВ СВАРКОЙ ДАВЛЕНИЕМ И ФОРМИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ.

7.1. ОСОБЕННОСТИ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНЫМ ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ ИНДУКЦИОННЫМ ПЛАЗМЕННЫМ РАЗРЯДОМ.

7.2. НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТАЛЕМЕДНОЙ ПРОВОЛОКИ НА ОСНОВЕ СОВМЕЩЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ВЧ-НАГРЕВА И ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ КОМПОНЕНТОВ НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНЫМ ВЧ-РАЗРЯДОМ

7.3. СОВМЕЩЕННЫЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ (ЭФЭХ) ПРОЦЕССЫ:

ПРИРОДА ЯВЛЕНИЙ И ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ.

7.4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОВМЕЩЕННЫХ ЭФЭХ-ПРОЦЕССОВ

И ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ И ФОРМИРОВАНИЯ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ.

7.5. ВЫВОДЫ.

Потребности современной техники и перспективы ее развития диктуют необходимость создания материалов с самыми разнообразными свойствами, которым во многих случаях не удовлетворяют отдельные металлы и сплавы, полимеры или керамика. Создание композиций путем объединения нескольких компонентов в единую структуру позволяет получить совершенно новый композиционный материал со свойствами, отличными от его составляющих. В различных областях техники широко используются слоистые металлические композиции. При этом удается достичь не только качественно новых свойств продукции, но и существенно экономить дорогостоящие материалы компонентов, и, прежде всего, цветные металлы. В связи с этим изыскание областей рациональной замены изделий из цветных металлов на биметаллические, разработка и широкомасштабное промышленное освоение высокоэффективных технологий их производства -задача первостепенной важности.

Решение актуальных вопросов электрификации железных дорог и городского транспорта, создание сетей высоковольтных линий электропередач и линий связи, производства отечественной электронной техники мирового уровня и продукции других отраслей требует коренного улучшения качества выпускаемых в России биметаллических электропроводниковых материалов и изделий и, в первую очередь, сталемедной проволоки.

Диссертационная работа обобщает результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в процессе создания и промышленного освоения принципиально новой технологии производства биметаллической сталемедной проволоки на Магнитогорском метизно-металлургическом заводе, являющемся, по-существу, единственным предприятием в России, выпускающим такую продукцию как для внутреннего рынка, так и на экспорт.

В первой главе проанализирована существующая на предприятии технология, основанная на металлургическом способе производства, и показано, что большинство недостатков, обусловленных данным способом, не могут быть устранены путем ее совершенствования. Подтверждением необходимости радикального изменения технологии являются результаты сопоставления отечественного и зарубежных стандартов, указывающие на пониженный уровень требований к качеству отечественной продукции.

Во второй главе, исходя из анализа современных и перспективных направлений развития технологий производства биметаллической проволоки и результатов предварительных исследований, обоснован выбор технологии, основанный на соединении металлических компонентов в твердой фазе с непрерывным формированием заготовки. Приведена общая характеристика работы, раскрывающая единство и взаимосвязь ее основных направлений. Синергетическая концепция, принятая в работе за основу анализа сильновозбужденных состояний различных по своей физико-химической сущности процессов, позволила вскрыть единство причин, обусловливающих проявление специфических диссипативных процессов, составляющих основу технологических совмещений операций формоизменения компонентов биметалла с их сваркой, очистки поверхности с формированием металлического покрытия.

В третьей главе приведено описание новой технологии, состав оборудования и основные характеристики непрерывной технологической линии, разработанной для производства биметаллической сталемедной проволоки и других длинномерных изделий (шина, фасонные профили и др.). Первая технологическая линия создана и освоена в цехе биметалла ОАО «Магнитогорский метизно-металлургический завод» в 1994 году. В этой главе сформулированы принципы анализа процессов и разработки операций новой технологии. Предложенный в работе энергетический принцип анализа совместного вклада основных технологических операций в достижение требуемого термодинамического состояния компонентов для обеспечения их твердофазной сварки при совместной пластической деформации наилучшим образом отвечает задачам анализа и синтеза многооперационных технологий. Получены уравнения для описания температурной зависимости свободной энергии активации возникновения очагов «локального плавления» (активных центров) для ряда чистых металлов и железоуглеродистых сплавов с различным содержанием углерода. Решена задача оптимизации температурного режима совместной пластической деформации по критерию максимальной прочности твердофазного соединения и получены уравнения оптимальных температурных режимов горячей прокатки железоуглеродистых сплавов с различным содержанием углерода.

В четвертой главе описано влияние напряженно-деформированного состояния на развитие активационных процессов при пластической деформации. Результаты приведенного в главе анализа убедительно доказывают необходимость и эффективность определения зависимостей, характеризующих процессы в металле в сильновозбужденном состоянии, для более полного понимания и раскрытия роли обработки металлов давлением как способа получения твердофазного соединения металлов при совместной пластической деформации. Совмещенные процессы являются результатом проявления аномальных свойств систем в сильновозбужденных состояниях.

Пятая глава посвящена анализу совместной пластической деформации компонентов биметаллической заготовки при прокатке в калибрах. Приведенные результаты экспериментальных исследований позволили выявить общие закономерности развития пластического течения компонентов по зонам очага деформации, имеющие место как при прокатке в двухвалковых калибрах, так и в калибрах с многосторонним обжатием. Приведена разработанная математическая модель адгезионного взаимодействия компонентов по межслойной поверхности, достоинством которой является учет кинетических условий образования биметаллического соединения, механических свойств и состояния поверхностей, температуры и напряженно-деформированного состояния на участках контакта. Описана впервые созданная математическая модель, позволяющая проанализировать в развитии процесс формоизменения биметаллического профиля в объеме очага деформации. Разработанный общий подход к описанию геометрии очага деформации обеспечивает возможность без существенного изменения аналитических зависимостей получать подобные семейства форм для подобных форм заготовок и инструмента. Выполненная разработка в определенной мере восполняет существовавший до настоящего времени пробел в теоретическом анализе формоизменения биметаллических заготовок при прокатке в калибрах с многосторонним обжатием.

В шестой главе проведен теоретический анализ кинетики образования и роста прочности биметаллических соединений с учетом особенностей процесса прокатки. Показано, что специфика совместной пластической деформации при прокатке требует учета влияния релаксационных процессов на конечную прочность соединения. Описана математическая формулировка кинетического условия получения высококачественного соединения для рассматриваемого случая.

В седьмой главе отражены результаты оригинальных разработок новых способов обработки металлической поверхности. Полученные результаты явились основой развития нового научно-технического направления в создании технологий очистки поверхности металла и формирования функциональных металлических покрытий. Физико-химической основой новых способов являются сильновозбужденные состояния газообразных и жидких токопроводящих сред, возникающие на границе их контакта с обрабатываемой поверхностью тела в электрическом или электромагнитном полях. Принципиальным достоинством новых способов является совмещение очистки с другими процессами, и, прежде всего, с формированием металлических покрытий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана, исследована и реализована в промышленности новая технология производства биметаллической сталемедной проволоки, основанная на непрерывном оборачивании стального сердечника медной лентой, электроразрядной очистке металлической поверхности и твердофазном соединении компонентов горячей прокаткой в калибрах. Разработаны научные основы новой технологии.

2. Предложена физическая модель активных центров, образующихся при межслойном взаимодействии металлов в процессе совместной пластической деформации, стабилизирующих процесс посредством развития адгезионного взаимодействия и обеспечивающих условия формирования твердофазного соединения компонентов биметалла.

3. Разработан энергетический принцип анализа совместного вклада температурного и деформационного режимов обработки металлов давлением в изменение свободной энергии активации образования активных центров. Получены уравнения, описывающие температурную зависимость изменения свободной энергии активации для различных металлов, железоуглеродистых сплавов с различным содержанием углерода. Получены уравнения для определения оптимальных температурных режимов совместной пластической деформации разнородных металлов (СПДРМ) по критерию максимальной прочности твердофазного соединения компонентов в биметаллах, включающих стали и сплавы с различным содержанием углерода. Конкретизация оптимального температурного режима СПДРМ совместно с температурной зависимостью изменения свободной энергии активации позволяют непосредственно определять оптимальную величину работы деформации, необходимой для образования активных центров в металле, т.е. возникновения в локальных объемах квазижидкого вязкого течения. Получены уравнения для определения объемов активных центров для различных металлов.

4. Осуществлен системный анализ влияния напряженно-деформированного состояния на развитие активационных процессов в металлах при пластической деформации. На основе кинетической теории абсолютных скоростей реакций получены и проанализированы дифференциальные уравнения кинетики для двух наиболее характерных групп механизмов, контролирующих процесс -адаптивной и диссипативной. С учетом' взаимосвязи структурно-энергетического и напряженно-деформированного состояний, включая сильновозбужденное состояние, характеризуемое стационарным вязким течением, получены зависимости для сопротивления и скорости деформации, относительной величины диффузионной подвижности атомов в металлах и линейной скорости вязкого течения. Полученные результаты объясняют аномальный характер течения поверхностных слоев металлов при межслойном взаимодействии, интенсивности диффузионных процессов, приводящих при достижении равномерной СПДРМ к интенсивному возрастанию прочности соединения компонентов в биметалле.

5. На основе теоретических и экспериментальных исследований сформулирована гипотеза формирования биметаллического соединения горячей прокаткой. Разработана и исследована математическая модель, описывающая кинетику адгезионного взаимодействия компонентов, стабилизирующего процесс совместного пластического течения и определяющего условия перехода к равномерной СПДРМ. Принципиальным достоинством разработанной модели является то, что в ней учитываются кинетические условия образования твердофазного соединения с учетом механических свойств и состояния взаимодействующих поверхностей, температуры и напряженно-деформированного состояния на участках контакта.

6. Разработана и исследована математическая модель формоизменения биметаллического профиля в объеме очага деформации при прокатке в четырехвалковом стрельчатом калибре.

7. Разработаны новые высокоэффективные экологически безопасные технологии очистки металлической поверхности и формирования функциональных металлических покрытий, основанные на применении высокочастотных электрических разрядов в газообразных средах и совмещенных электрофизических и электрохимических процессов (ЭФЭХ-процессов) в жидких средах. Согласно выдвинутой в работе гипотезе, касающейся природы совмещенных ЭФЭХ-процессов, возникновение электрических разрядов в среде на обрабатываемой поверхности обусловлено саморазвитием электрических процессов в локальных объемах среды, приводящих к ее перегревной неустойчивости и тепловому пробою («тепловому взрыву»). Получены уравнения для определения критических значений электрического напряжения и напряженности электрического поля, при которых возникает тепловой пробой. Гипотеза позволяет обосновать комплексный характер воздействий на обрабатываемую, поверхность и приобретение ею новых специфических свойств (в частности, повышенную коррозионную стойкость и др.), которые были выявлены в результате экспериментов. Создан принципиально новый способ формирования металлических покрытий, основанный на совмещении процессов очистки поверхности и получения покрытия. Выполненные разработки и исследования явились основой развития нового научно-технического направления в создании экологически безопасных технологий очистки поверхности металла от окалины, ржавчины и других загрязнений, а также получения изделий с различными металлическими покрытиями.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Результаты технологических и конструкторских разработок реализованы в виде непрерывной линии для сборки составной биметаллической заготовки и ее горячей прокатки в цехе биметалла .Магнитогорского метизно-металлургического завода. Созданная непрерывная технологическая линия не имеет аналогов в отечественной практике.

Переход на новую технологию позволил решить актуальную проблему получения отечественной биметаллической проволоки, соответствующей уровню мировых стандартов.

Экологический и социальный аспекты. Технические решения, реализованные в новой технологии, основаны на экологически безопасных процессах. Ликвидация вредных выбросов в окружающую среду в связи с отказом от металлургического способа производства является очень важным фактором в условиях города Магнитогорска и региона в целом.

Новая технология полностью исключила трудоемкие процессы и связанный с ними тяжелый ручной труд. Высокий • уровень наукоемкости новой технологии выдвинул повышенные профессиональные требования к обслуживающему персоналу, его образовательному уровню и квалификации.

Технико-экономический аспект. Новая технология, по сравнению с металлургическим способом, обеспечила существенное улучшение потребительских свойств готовой продукции. Это касается, прежде всего, сохранения строгой коаксиальности взаимного расположения компонентов в изделии при отсутствии искажения исходной круглой формы стального сердечника. Этим достигается повышение стабильности электропроводности по длине проволоки и соответствующее снижение потерь в линиях электропередач. Существенно меньшая толщина переходной (диффузионной) области в зоне биметаллического твердофазного сварного соединения (7-8 мкм) по сравнению с металлургическим способом (30-40 мкм) обеспечивает более полное использование электропроводящих свойств меди. В частности, при производстве биметаллической проволоки марки БСМО диаметром 4,0 мм по ГОСТ 3822 при металлургическом способе производства необходимо объемное содержание меди в композиции не менее

42-43% для достижения требуемого электросопротивления не более 3,8 Ом/км. Эквивалентные электрические свойства такой проволоки, получаемой по новой технологии, достигаются при объемном содержании меди в композиции 33-35% При годовом объеме производства 4500 тонн реальная экономия меди превышает 400 тонн. Высокие потребительские свойства новых освоенных видов продукции вызвали значительный спрос на ее применение в изделиях электронной промышленности (ПО «ТОР» п. Томилино Московская обл., завод «Цветотрон» г.Брест и др.). В частности , для электровыводов, используемых в полупроводниковых силовых диодах, выпускаемых по технологии голландской компании «Philips» (ПО «ТОР»), на линии был освоен выпуск сталемедной проволоки диаметром 0,78 и 1,3 мм с содержанием меди не менее 70%, а для электровыводов резисторов, конденсаторов и др. элементов электронной техники (завод «Цветотрон» г.Брест) - проволоки с содержанием меди 24%.

На защиту выносятся:

1. Новая технология получения биметаллической проволоки, основанная на твердофазной сварке компонентов совместной пластической деформацией при горячей прокатке, и непрерывная технологическая линия для ее промышленного производства.

2. Совокупность принципов анализа сильновозбужденного состояния металла и методов определения зависимостей, характеризующих такое состояние, и способствующих более полному раскрытию роли обработки металлов давлением как способа получения твердофазного соединения совместной пластической деформацией. В том числе.

- определение активного центра (очага «локального плавления»), возникающего в поверхностном слое, как локального объема сильновозбужденного металла, энергия Гиббса GT которого при температуре Т меньшей, чем температура плавления Ts, эквивалентна его энергии Гиббса Gs при температуре плавления;

- энергетический принцип анализа вклада технологических операций в образование активных центров;

- уравнения температурной зависимости свободной энергии активации AGs образования очагов «локального плавления» для ряда металлов и железоуглеродистых сплавов, численно равной работе внешних сил для перевода объема металла в предельное состояние термодинамической неустойчивости;

- метод оптимизации температурного режима горячей прокатки металлической заготовки на стальной основе по критерию максимальной прочности твердофазного соединения компонентов и уравнения для определения оптимальной температуры прокатки железоуглеродистых сплавов с различным содержанием углерода;

- структурно-энергетический принцип анализа развития активационных процессов при пластической деформации;

- математическое описание кинетики адаптивных и диссипативных механизмов пластической деформации и анализ основных закономерностей течения металла в сильновозбужденном состоянии;

- теоретический анализ влияния напряженно-деформированного состояния на интенсивность диффузионных процессов, контролирующих течение металла в сильновозбужденном состоянии, и обеспечивающих рост прочности твердофазного соединения.

3. Математическая модель адгезионного взаимодействия компонентов биметалла при сварке совместной пластической деформацией, учитывающая кинетические условия образования биметаллического соединения, механические свойства и состояние поверхности, температуру и напряженно-деформированное состояние на участках контакта.

4. Впервые разработанная математическая модель формоизменения биметаллического профиля в объеме очага деформации при прокатке в калибре с многосторонним обжатием.

5. Новые разработки способов и технологий обработки металлической поверхности, включающие операции очистки и формирования функциональных металлических покрытий на основе совмещенных электрофизических и электро-химических процессов.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены

- на научно-технических конференциях: международных - International Composits Conferense, Moscow, april, 1990; International Conference Materials by Powder Technology PT-93, march, 1993, Dresden, Germany; 1st International Symposium on Mis-Matching of Welds, april, 1995, Stockholm, Sweden; 2nd International Symposium on Mis-Matching of Welds, april, 1996, Reinstorf-Luneburg, Germany; «Новые технологии получения слоистых материалов и композиционных покрытий», Сочи, октябрь, 1992; всесоюзных - «Новые технологические процессы прокатки, интенсифицирующие производство и повышающие качество продукции», Челябинск, 1984, 1989; «Калибровка валков сортовых станов», 1976, Днепропетровск; « Перспективы применения плазменной техники и технологии в металлургии и машиностроении», Миасс, 1986; Челябинск, 1988; межгосударственной - «Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона», Магнитогорск, май, 1994; республиканских - «Теоретические и прикладные проблемы развития наукоемких и малоотходных технологий обработки металлов давлением», Винница, 1991; «Физика и механика пластических деформаций порошковых материалов», Луганск, 1991; «Новые материалы и технологии», Москва, 1994.

- на заседании Научного Совета ГКНТ СССР по проблеме «Новые процессы в черной металлургии», Москва, 1989; Координационного Совета по направлению «Сталь-прокат» Государственной научно-технологической программы «Ресурсосберегающие и экологически чистые процессы

17 металлургии и химии», Москва, 1989, 1990;

- на всесоюзных научно-технических семинарах «Новые технологии производства слоистых металлов, перспективы расширения сортамента и применения», Магнитогорск, 1987, 1989;

- ежегодных конференциях - Магнитогорского государственного технического университета, 1979-1999;

- на научно-технической конференции по проблемам защиты металлов от коррозии. Луизианский университет ЬБи, Батон-Руж, декабрь 1999, США.

Публикации. Содержание диссертации отражено в книге, 2 учебных пособиях и брошюре; 49 статьях, авторских свидетельствах и патентах на изобретения; 4 публикации - зарубежные.

7.5. ВЫВОДЫ

7.5.1. Разработаны новые высокоэффективные экологически безопасные технологии очистки металлических поверхностей и формирования функциональных металлических покрытий, основанные на применении высокочастотных электрических разрядов в газообразных средах и совмещенных электрофизических и электрохимических процессов (ЭФЭХ-процессов) в жидких средах.

7.5.2. Предложена физическая модель образования несамостоятельного высокочастотного частично прозрачного индукционного плазменного разряда на обрабатываемой поверхности. Обоснован выбор частоты напряжения питания индуктора плазмотрона. Дано физическое обоснование эффекта совмещения и самостабилизации процессов очистки поверхности и ее нагрева.

7.5.3. Разработана и исследована принципиально новая технология получения биметаллической проволоки способом оборачивания стального сердечника медной лентой, основанная на совмещении процессов ВЧ-нагрева компонентов и очистки их поверхностей плазмой несамостоятельного ВЧ-разряда в среде аргона. Создана непрерывная технологическая линия для производства биметаллической проволоки указанным способом.

7.5.4. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования совмещенных ЭФЭХ-процессов в жидких электролитах позволили получить следующие основные результата по разработке:

- концептуальные положения, касающиеся природы явлений, обусловливающие совмещение операций очистки поверхностей и формирования покрытий;

- физические и математические модели, отражающие возникновение электроразрядной коммутации прикатодного парогазового слоя как результат саморазвития ЭФЭХ-процессов;

- инженерные методы расчета основных параметров технологических режимов очистки и формирования покрытий, а также элементов оборудования для осуществления процесса.

7.5.5. Установлено, что очищенная данным способом поверхность приобретает уникальные антикоррозионные свойства, подтвержденные результатами испытаний, проведенных в различных отечественных и зарубежных научно-технических центрах и лабораториях.

7.5.6. Оценка эффективности новых технологий, основанных на совмещенных процессах очистки и формирования покрытий по предлагаемому способу, позволила выявить ряд их преимуществ принципиального характера по сравнению с традиционными технологиями, широко распространенными в металлургии.

A. Исключается необходимость в выполнении самостоятельных операций по подготовке поверхности металла перед нанесением покрытий (обезжиривание, декапирование и др.). В связи с этим упрощается структура агрегата по обработке поверхностей и его инфрастуктура.

Б. Не требуется создания специализированных агрегатов для каждого вида покрытия (агрегаты лужения, цинкования и др.), как принято в настоящее время по традиционным технологическим схемам. По предлагаемому способу покрытия из различных металлов могут быть получены на одном и том же агрегате.

B. На агрегате нового типа возможно гибкое использование различных схем осуществления технологического процесса:

- с унифицированной жидкой рабочей средой и расходуемым анодом из металла покрытия;

- с унифицированным нерасходуемым анодом (из химически инертного материала, в частности, графита) и жидким электролитом, представляющим раствор солей одного или нескольких металлов покрытия.

245

Г. Возможно использование отходов традиционных производств (нанесение покрытий из расплавов металлов) для получения солей, применяемых в электролите по схеме процесса, описанной в пункте 3,6.

Д. Не требуется дополнительных затрат энергии на процесс, так как формирование покрытия происходит одновременно с очисткой поверхности.

Е. Новый способ позволяет существенно расширить сортамент металла с покрытиями за счет включения в него горячекатаного металла с широким диапазоном геометрических размеров.

Ж. Предлагаемый способ является экологически безопасным, так как не предполагает использование агрессивных и токсичных сред и не имеет собственных вредных выделений.

7.5.7. Разработанный способ формирования покрытий является новым направлением в создании высокоэффективных технологий получения слоистых композиционных материалов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Решение актуальных проблем многих отраслей промышленности, транспорта, создание отечественной электронной техники мирового уровня выдвинули требования коренного улучшения выпускаемых в стране биметаллических проводниковых материалов и, в первую очередь, сталемедной проволоки. Анализ существующего металлургического способа производства с позиций экологии, трудоемкости процессов, качества продукции показал его полное несоответствие современному уровню требований и необходимость радикального изменения технологии. На основе результатов исследований и разработок, изложенных в диссертации, были созданы и освоены в промышленности новая экологически безопасная ресурсосберегающая технология изготовления биметаллической сталемедной проволоки и непрерывная линия для ее производства, что позволило решить актуальную проблему получения отечественной продукции, соответствующей уровню мировых стандартов. Полученные в процессе исследований новые научные результаты и разработки по совмещению операции очистки металлической поверхности с формированием функциональных покрытий явились основой нового перспективного научно-технического направления в создании технологий производства изделий с покрытиями. Основные выводы:

1. Совмещенные процессы, лежащие в основе новых технологий, являются результатом проявления аномальных свойств систем в сильновозбужденных состояниях, представляющих собой, в частности, предельное критическое состояние термодинамической неустойчивости кристаллических решеток в объемах локальных «очагов плавления», что приводит к схватыванию и развитию прочности твердофазного соединения при совместной пластической деформации. Подобные состояния возникают также в локальных объемах газообразных и жидких сред, взаимодействующих с нагреваемой поверхностью в электрическом поле, следствием чего является возникновение перегревной неустойчивости и тепловой пробой среды, способствующий совмещению очистки с нанесением покрытия.

2. Предложен энергетический принцип анализа совместного вклада технологических операций в изменение свободной энергии активации Л08 образования активных центров. Получены уравнения, описывающие температурную зависимость ЛС8 для различных металлов, железоуглеродистых сплавов с различным содержанием углерода.

3. Решена задача оптимизации температурного режима изготовления биметалла по критерию максимальной прочности твердофазного соединения. Получены уравнения для определения оптимальных температурных режимов совместной пластической деформации компонентов биметалла, включающих стали и сплавы с различным содержанием углерода. Конкретизация оптимального температурного режима позволяет непосредственно по температурной зависимости А08 определять оптимальную величину работы деформации, необходимой для образования активных центров.

4. Для создания технологий с использованием обработки металлов давлением в качестве способа получения твердофазного соединения металлов, разработан принцип анализа процесса пластической деформации, основанный на синтезе термодинамического, молекулярно-кинетического подходов и представлений о дискретном строении деформируемых материалов. В соответствии с теорией абсолютных скоростей реакций получены дифференциальные уравнения для описания кинетики двух основных групп механизмов, контролирующих пластическую деформацию - адаптивный и дис-сипативный. С помощью уравнений изучены закономерности эволюции структур и энергетических состояний сильновозбужденных объемов металлов в поверхностных слоях, являющихся активными центрами и обеспечивающих образование связей и рост прочности твердофазного соединения. С учетом взаимосвязи структурно-энергетического и напряженно-деформированного состояний получены зависимости для сопротивления и скорости деформации, линейной скорости течения металла и относительной величины изменения коэффициента диффузии, объясняющие аномальный характер пластического течения металла в сильновозбужденном состоянии. Предложена гипотеза о адгезионно-диффузионном характере формирования биметаллического соединения при горячей прокатке, подтверждаемая результатами теоретического анализа и экспериментальных исследований.

5. На основе представлений о топохимической природе образования твердофазных соединений разработана математическая модель, описывающая кинетику адгезионного взаимодействия компонентов по межслойной поверхности при прокатке. Достоинством модели является то, что в ней учитываются кинетические условия образования биметаллического соединения, механические свойства и состояние поверхностей, температура и напряженно-деформированное состояние на участках контакта.

6. Впервые разработана и исследована математическая модель формоизменения биметаллического профиля в объеме очага деформации в четырехвал-ковом стрельчатом квадратном калибре. Сопоставление результатов моделирования с экспериментальными данными характеризует высокую степень достоверности полученных результатов расчета.

7. Разработаны высокоэффективные и экологически безопасные технологии очистки металлической поверхности и формирования функциональных покрытий на основе совмещенных электрофизических и электрохимических процессов (ЭФЭХ-процессов). Выдвинута гипотеза, касающаяся природы этих процессов (гипотеза теплового пробоя). Проведены обширные экспериментальные исследования по изучению свойств очищенной поверхности и качества формируемых покрытий. Исследования проводились как в лаборатории МГТУ, так и в различных лабораториях предприятий, в отечественных и зарубежных научных центрах. Результаты исследований

249 позволяют заключить, что обработанная поверхность приобретает уникальную антикоррозионную стойкость. 8. Разработка новой технологии изготовления длинномерных биметаллических изделий, создание и промышленное освоение непрерывной линии для их производства удостоена премии Правительства Российской Федерации 1999 года в области науки и техники.

1. Осинцев В.Г., Ейльман J1.C. Оборудование для производства прутков и проволоки из цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1979. -247 с.

2. Tlynn Thomas M., Timmerhous K.D. // Mach. Design. 1966. -V.38, № 19. -P.204-211.

3. Новые материалы для электроники / Под ред. Д.И.Лайнера. М.: Металлургия, 1967. - 268 с.

4. Хиросэ Митио. Проволока высокой проводимости: пер. с яп. Свердловск: Свердловское бюро переводов, 1983. - 8 с.

5. Слоистые металлические композиции / Потапов И.Н., Лебедев В.Н., Кобе-лев А.Г. и др. М.: Металлургия, 1986. - 217 с.

6. Кобелев А.Г., Потапов И.Н., Кузнецов Е В. Технология слоистых металлов. М.: Металлургия, 1991. 248 с.

7. Зуев Б.М., Лысяный И.К., Рыбаков В.А. Технологические процессы получения биметаллической сталеалюминевой и сталемедной проволоки. Бюл. ЦНИИЧМ№ 11, 1984.-С. 3-13.

8. Маковский В.А., Ейльман Л.С. Основы теории и практики производства биметаллических прутков. М.: Металлургия, 1971. - 192 с.

9. Маковский В.А., Ейльман Л.С. Биметаллические прутки. М.: Металлургия, 1981. 179 с.

10. Ю.Зарапин Ю.Л., Чиченев H.A., Чернилевская Н.Г. Производство композиционных материалов обработкой давлением: Справочник. М.: Металлургия, 1991. - 350 с.

11. Wire Journal. -1978. V.ll, № 3. -Р.78-84.

12. Wire Journal. -1978. V. 10, № 11. - P.77-85.

13. Wire Industry. -1976. V.43, № 513. - P.693-697.

14. Wire Journal. -1979. V.12, № 2. - P.78-82.

15. Wire Journal. -1978. V.ll, № 7. -P.82-87.

16. Wire Industry. -1978. V.46, № 541, - P.49-51.

17. Wire Journal.-1977. V.10, № 11.-Р.53-56.

18. A.c. 1281361 СССР, МКИ5, B23 К 20/04. Способ изготовления биметаллической проволоки / Стеблянко В.Л., Аркулис Г.Э., Бухиник Г.В., Марченко A.B., Солдатенко А.Ф., Селезнев В.Г., Фомин E.H. Опубл. 07.01.87. БИ№1.

19. A.c. 1724409 СССР, МКИ5, В 21 F 19/00. Способ изготовления биметаллической проволоки / Стеблянко В.Л., Солдатенко А.Ф., Конев C.B., Тазеева Р.Ф. Опубл. 07.04.92. БИ №13.

20. A.c. 610581 СССР, МКИ5, В 21 В 37/02, В 21 В 1/00. Способ регулирования размеров профиля при прокатке в четырехвалковом калибре / Стеблянко В.Л., Поляков М.Г., Мамкин В.А., Ткаченко В.А. Опубл. 15.06.78. БИ №22.

21. A.c. 1315652 СССР, МКИ5 , В 21 В 27/00. Узел валков для продольной прокатки сортовых профилей / Аркулис Г.Э., Стеблянко В.Л., Блинов B.C., Солдатенко А.Ф. Опубл. 07.06.87. БИ №21.

22. A.c. 610583 СССР, МКИ5 , В 21 В 37/08, G 01 L 5/00. Устройство для измерения усилия прокатки / Стеблянко В.Л., Ткаченко В.А., Мамкин В.А. Опубл. 15.06.78. БИ №22.

23. Пат. 2008109 РФ, МКИ6, В 21 С 23/22, В 23 К 35/40, В 23 К 20/04. Способ изготовления биметаллической проволоки / Стеблянко В.Л., Бухиник Г.В., Ситников И.В., Веремеенко В.В., Трахтенгерц В.Л., Люльчак В.И. Опубл. 28.02.94. БИ №4.

24. A.c. 1227280 СССР, МКИ5 , В 21 В 45/04. Способ очистки поверхности металлических изделий / Марченко A.B., Стеблянко В.Л., Солдатенко А.Ф., Селезнев В.Г., Аркулис Г.Э. Опубл. 30.04.86. БИ №16.

25. A.c. 1747213 СССР, МКИ5 , В 08 В 7/04. Способ очистки металлических поверхностей / Стеблянко В.Л., Ситников И.В., Люльчак В.И. Опубл. 15.07.92. БИ№ 26.

26. A.C. 1729652 СССР, МКИ5, В 21 С 43/04. Устройство для очистки длинномерных изделий / Стеблянко В.Л., Блинов B.C., Ситников И.В. 0публ.30.04.92. БИ № 16.

27. А.С. 1771829 СССР, МКИ5 , В 08 В 7/04. Устройство управления электродуговой очисткой / Стеблянко B.JL, Ситников И.В., Люльчак В.И., Тка-ченко В.А. Опубл. 30.10.92. БИ № 40.

28. A.c. 1626209 СССР, МКИ5, G 01 R 29/12. Измеритель поверхностного потенциала / Стеблянко В.Л., Люльчак В.И., Ситников И.В. Опубл. 07.02.91. БИ № 5.

29. A.c. 564590 СССР, МКИ5 , G 01 N 27/86. Устройство к дефектоскопу для блокировки краев протяженного изделия / Закиров Я.А., Мамкин В.А., Петров В.А., Поляков A.M., Рябчикова O.A., Стеблянко В.Л., Тимошенко П.П., Ткаченко В.А. Опубл. 05.07.77. БИ № 25.

30. Пат. 2055947 РФ, МКИ6 , G 25 F 1/00. Способ очистки поверхности металлического изделия / Рябков В.М., Сосковец О.Н., Афонин С.З., Стеблянко В.Л. Опубл. 10.03.96. Б.И. № 7.

31. Пат. 2077611 РФ, МКИ6, С 25 Д 5/00,17/00/ Способ обработки поверхностей и устройство для его осуществления / Стеблянко В.Л., Рябков В.М. Опубл. 20.04.97. Б.И. № 11.

32. Пат. 5.700366, США, МКИ6, United States Patent. Eiectrolitic Process For Cleaning and Coating Electrically Conaucting Surfaces. 23.12.1997. / Stebli-anco V.L., Riabkov V.M.

33. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М.: Прогресс, 1986. - 432 с.

34. Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуации. М.: Мир, 1973. - 280 с.

35. Николис Г. Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. -М.: Мир, 1979. -512 с.

36. Хакен Г. Синергетика. М.: Мир, 1980. - 404 с.

37. Структурные уровни пластической деформации и разрушения / Панин В.Е., Грияев Ю.В., Данилов В.И. и др. Новосибирск: Наука, Сиб. отделение, 1990. - 225 с.

38. Атом-вакансионные состояния в кристаллах / Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Хон Ю.А. и др. // Изв. вузов. Физика. 1982. - № 12. - С.5.

39. Кооперативно деформационные процессы и локализация деформации / Лихачев В.А., Панин В.Е., Зосимчук Е.Э. и др. Киев: Наукова думка, АН УССР. Ин-т металлофизики, 1989. - 320 с.

40. Осипов К.А. Некоторые активируемые процессы в твердых металлах и сплавах. М.: АН СССР, 1962. - 285 с.

41. Семенов А.П. Схватывание металлов. -М.: Машгиз, 1958.-280 с.

42. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металла. -М.: Машиностроение, 1982. 212 с.

43. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И., Босов C.B. Рентгенографический метод исследования структурных изменений в тонком поверхностном слое металла при трении // Зав. лаб. 1973. - №3. - С.203.

44. Гельман A.C. Основы сварки давлением. М.: Машиностроение, 1970. -312 с.

45. Осипов К.А. Новые идеи и факты в металловедении. М.: Наука, 1986. - 72 с.

46. Эйринг Г., Уолтер Дж., Кимбалл Дж. Квантовая химия. М.: Изд-воиностр. лит-ры, 1948. 527 с.

47. Суровцев А.П., Мыцик А.П. Термодинамическая оценка свариваемости железоуглеродистых сплавов в твердом состоянии // Физ. и химия обраб. матер. 1988. -№1.-С.106-112.

48. Могутнов Б.М., Томилин И.А., Шварцман JI.A. Термодинамика железоуглеродистых сплавов. М.: Металлургия, 1972. - 328 с.

49. Esser H.Veber die preschweissbarkeit des Eisens / Archivfur das fur Eisenhuttenwesen. 1930, №131. -S. 199-206.

50. Никитин В.П., Баткин А.Г. Шабуров В.Е. и др. Налипание металла на валки при холодной прокатке полос // Эффективность прокатного производства и повышение качества проката. М.: Металлургия, 1984. - С.26-30.

51. Красулин Ю.Л. Взаимодействие металла с полупроводником в твердой фазе. М.: Наука, 1971. - 120 с.

52. Могутнов Б.М., Томилин И.А., Шварцман JI.A. Термодинамика сплавов железа. М.: Металлургия, 1984. - 208 с.

53. Шоршоров М.Х., Колесниченко В.А., Алехин В.П. Клинопрессовая сварка давлением разнородных металлов. М.: Металлургия, 1982. - 111 с.

54. Федоров В.В. Термодинамические аспекты прочности и разрушения твердых тел. Ташкент: ФАН, 1979. - 167 с.

55. Федоров В.В. Кинетика повреждаемости и разрушения твердых тел. -Ташкент: ФАН, 1985. 160 с.

56. Глесстон С., Лейдлер К., Эйринг Г. Теория абсолютных скоростей реакций, вязкость, диффузия и электрохимические явления. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1948. 583 с.

57. Журков С.Н. Проблемы прочности твердых тел // Вестн. АН СССР. -1957 .-№11,- С.78-82.

58. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука, 1974. - 560 с.

59. Безухов Н.И. Теория упругости и пластичности. М.: ГИИТЛ, 1953. 420 с.

60. Осипов К.А. Связь теоретической прочности и скорости движения трещинпри хрупком разрушении металлов с их термодинамическими параметрами плавления // Докл. АН СССР. 1983. - 271. № 3. - С.657-661.

61. Esposito E., Carlsson A.E., Ling D.D. // Philos. Magaz. 1980. - V.41. -P.251-259.

62. Герцрикен С.Д., Дехтяр И.Я. Диффузия в металлах и сплавах в твердой фазе. М.: Изд-во физ.-мат. лит-ры, 1960. - 564 с.

63. Бокпггейн Б.С., Бокштейн С.З., Жуховицкий A.A. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах. М.: Металлургия, 1974. - 280 с.

64. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов, физико-химическая теория пластичности. Т.2. М.: Металлургиздат, 1960. - 415 с.

65. Физические основы прочности и пластичности металлов / Под ред. С.Д. Герцрикена. М.: Металлургиздат, 1963. - 322 с.

66. Фридель Ж. Дислокации. М.: Мир, 1967. - 643 с.

67. Ван Бюрен. Дефекты в кристаллах. -М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1962. -584 с.

68. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М.: Металлургия, 1986. 223 с.

69. Фрост Г.Дж., Эшби М.Ф. Карты механизмов деформации. Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1989. 325 с.

70. Козлов Э.В., Старченко В.А., Конева H.A. Эволюция дислокационной субструктуры и термодинамика пластической деформации металлических материалов //Металлы. 1993. - № 5. - С. 152-161.

71. Поляков A.A. О процессах самоорганизации в металле // Физико-химическая механика материалов. 1993. - 29, № 2. - С.19-27.

72. Физическая химия. Строение вещества. Термодинамика. Т.1. Учебн. для вузов / Краснов К.С., Воробьев Н.К., Годнев И.Н. и др. М.: Высшая школа, 1995.-512 с.

73. Базаров И.П. Термодинамика. М.: Высшая школа, 1991. 376 с.

74. Аркулис Г.Э., Дорогобид В.Г. Теория пластичности. М.: Металлургия, 1987.-352 с.

75. Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах. М.: Мир, 1979.-279 с.

76. Колмогоров В.JI. Механика обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1986.-687 с.

77. Чадек Й. Ползучесть металлических материалов: пер. с чешек. М.: Мир, 1987.-302 с.

78. Гарофало Ф. Законы ползучести и длительной прочности металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1968. - 304 с.

79. Пуарье Ж. Высокотемпературная пластичность кристаллических тел. -М.: Металлургия, 1982. 272 с.84.0rowan Е. // Journ. West Scotland Iron Steel Inst. 1947. - V.54. - P.45.

80. Mott N.F. // Phil. Magazine. 1953. - V.44. - P.742.

81. Weertman I. //Journ. Appl. Phys. 1955. - V.26. - P. 1213.

82. Бокштейн C.3. Диффузия и структура металлов. M.: Металлургия, 1978. -248 с.

83. Федоров В.В., Федоров C.B., Буше H.A. Анализ влияния напряженно-деформированного состояния на интенсивность диффузионной подвижности атомов в металлах. Ташкент, 1984. - 45 с.

84. Маннинг Дж. Кинетика диффузии атомов в кристаллах. М.: 1971. 286 с.

85. Авакумов Е.Т. Механические методы активации химических процессов. -Новосибирск: Наука, 1979. 250 с.

86. Образование твердых растворов металлов при пластическом течении при высоком давлении / Жорин В.А., Макарова И.Ф., Ген Н.Я., Ениколопов Н.С. // Докл. АН СССР. 1981. - 261, № 2. - С.405-408.

87. Поведение смесей полиэтилена и дейтерированного полиэтилена при высоких давлениях в сочетании с деформациями сдвига / Жорин В.А., Кис-син Ю.В., Фридман Н.М., Ениколопов Н.С. // Докл. АН СССР. 1977. -232, № 1. - С.118-121.

88. Движение вещества на наковальнях Бриджмена при высоких давлениях в сочетании с деформациями сдвига / Жорин В.А., Жаров А. А., Казакевич А.Г., Ениколопов Н.С. // Физика тв. тела. 1975. - 17, № 2. - С.393-396.

89. Семенов А.П. Исследование схватывания металлов при совместном пластическом деформировании. М.: Изд-во АН СССР, 1953. - 120 с.

90. Gscheidner К.A. In the collection: Solid State Physics. New York and London, Academic Press. 1964. -P.275-426.

91. Simmons G., Wang H. Singe Crystal Elastic Constants and Calculated Aggregate Properties: A Handbook, Second Edition, Cambridge, Massachusetts, and London, England: The M.I.T. Press. 1971. - 400 p.

92. Harding I. The effect of grain size and strain rate on the lower yield stress of pure iron at 288 К // Acta Metallurgica. 1969. - V.17, № 18. - P.949-958.

93. Conrad H. In the Proceedings of the conference: The Relation between the Structure and Mechanical Properties of Metals, London, HER Majesty's Stationary Office. 1963. - V. 2. - P.475-498.

94. Аркулис Г.Э. Совместная пластическая деформация разнородных металлов. М.: Металлургия, 1964. - 272 с.

95. Аркулис Г.Э. Закономерности совместной пластической деформации разных металлов. Магнитогорск: МГМИ, 1990. - 88 с.

96. Расчет давления при прокатке биметаллического пакета / Архангельский А.В., Полухин П.И., Кнышев Ю.В., Мастеров В.А.// Сб. трудов № 47. -М.: МИСиС, 1968,- С.137-141.

97. Расчет деформации биметаллического пакета при прокатке / Архангельский А.В., Полухин П.И., Кнышев Ю.В., Мастеров В.А. // Сб. трудов № 47. М.: МИСиС, 1968,- С.141-146.

98. Расчет давления при прокатке биметалла с учетом зоны опережения / Архангельский А.В., Полухин П.И., Кнышев Ю.В., Мастеров В.А. // Сб. трудов № 47. М.: МИСиС, 1968,- С.147-152.

99. Коковихин Ю.И., Пинашина В.А. Влияние компановки биметалла и способа его изготовления на распределение послойных продольных напряжений // Теория и практика производства метизов. Сб. науч. тр. № 7. -Свердловск: Книжное изд-во, 1978. С.37-42.

100. Гуляев A.C., Лапис A.B. К расчету давления металла на валки при прокатке биметалла// Труды Гипроцветметобработки, 1978. Вып. 54. - С.30-34.

101. Кучкин В.В., Рыбин Ю.И. Аналитический метод определения начала совместной деформации при прокатке разнородных материалов // Вопросы судостроения. М.: Металлургия, 1982. - № 34. - С.17-19.

102. Ковалев С.И., Корягин Н.И., Ширко И.В. Напряжения и деформации при плоской прокатке. М.: Металлургиздат, 1962. - 255 с.

103. Феноменологическая модель соединения разнородных металлов в процессе совместной пластической деформации / Афанасьев С.Д., Ковалев С.И., Корягин H.H., Ширко И.В. // Изв. АН СССР. Металлы. 1983. - № 3. - С.107-110.

104. Левитан С.М., Коновалов Ю.В., Парамошин А.П. Математическая модель формирования толщины раската при прокатке многослойного пакета // Изв. вузов. Черная металлургия. 1985. - № 4. - С.59-63

105. Ш.Архангельский A.B., Кобелев А.Г., Байдуганов A.M. Исследование неравномерности послойных деформаций при плакировании биметаллов // Изв. вузов. Черная металлургия. 1985. - № 9. - С.159-160.

106. Кобелев А.Г., Потапов И.Н., Кузнецов Е.В. Технология слоистых металлов. -М.: Металлургия, 1991. 249 с.

107. Ершов A.A., Мыльников A.C., Сычева Т.А. Исследование деформирования разнородных металлов при совместной холодной прокатке // Механика композитных материалов. 1985. - № 1. - С. 104-108.

108. Бричко Г.А. Расчет толщины покрытия при плакировании лент на станах холодной прокатки // Метизное производство. 1975. - № 4. - С.67-78.

109. Аркулис Г.Э., Стеблянко В.Л., Солдатенко А.Ф. Закономерности развития совместной пластической деформации при сварке биметалла прокаткой // Теория и практика производства метизов: Межвуз. сб. науч. тр. Свердловск: УПИ, 1986. - С.40-48.

110. Долженков Ф.Е., Кривоносов Ю.И. Исследование прокатки биметалла сталь-титан в вакууме // Изв. вузов. Черная металлургия. 1964. - № 11.- С.48-50.

111. Пирязев Д.И. Исследование деформации слоев при прокатке биметаллических пакетов // Изв. вузов. Черная металлургия. 1963. - № 3. - С. 11-13.

112. Бояршинов М.И., Пацекин П.П. Неравномерность и сопротивление деформации слоистых металлов // Обработка металлов давлением. М.: Металлургиздат, 1962. - 199 с.

113. Знаменский В.И., Ляшков В.Б. К оценке неравномерности деформации при прокатке биметаллических пакетов // Теория и технология прокатки.- Свердловск: 1969. С.24-27.

114. Стеблянко В.Л. Исследование процесса прокатки в четырехвалковых калибрах методами моделирования на ЭВМ: Дис. канд.техн. наук. -Магнитогорск, 1970. - 138 с.

115. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. - 480 с.

116. Мур Д. Основы и применения трибоники: пер. с англ. М.: Мир, 1978. -487 с.

117. Шустер А.Ш. Адгезионное взаимодействие режущего инструмента с обрабатываемым материалом. М.: Машиностроение, 1988. - 95 с.

118. Доценко В.А. Изнашивание твердых тел. М.: ЦИНТИХИМнефтемаш, 1990.- 191 с.

119. Красулин Ю.Л., Шоршоров М.Х. О механизме образования соединения разнородных металлов // Физ. и хим. обраб. матер. 1967. - №1. - С.8997.

120. Каракозов Э.С. Соединение металлов в твердой фазе. М.: Металлургия, 1976. - 261 с.

121. Каракозов Э.С. Сварка металлов давлением. М.: Машиностроение, 1986.- 271 с.

122. Современные технологические процессы с использованием порошковых и слоистых материалов / Носков Е.П., Гун Г.С., Стеблянко ВЛ. и др. -Магнитогорск, 1993. 189 с.

123. Bowden F.P., Moore A.C., Tabor D. Ploughing and Adhesion of Sliding If Metals J.Appl. Phys. 1943. - 14, №3. - P. 141.

124. Рыкалин H.H., Шоршоров M.X., Красулин Ю.Л. Физические и химические проблемы соединения разнородных металлов // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1965. - № 1. - С.29-36.

125. Теоретические основы ковки и горячей объемной штамповки / Макушок Е.М., Матусевич A.C., Северденко В.П., Сегал В.М Минск: Наука и техника, 1968. -408 с.

126. Красулин Ю.Л., Назаров Г.В. Микросварка давлением. М.: Металлургия, 1976. - 160 с.

127. Стеблянко В.Л., Литичевская Л.А. Математическое моделирование формоизменения профиля из структурно-неоднородных материалов при прокатке в калибрах с многосторонним обжатием. МГМА. Магнитогорск, 1994. - 20 с. - Деп. в ВИНИТИ 10.11.94. № 2549-B94.

128. Стеблянко В.Л., Лигачевский В.М., Литичевская Л.А. Реализация математической модели деформирования биметалла в калибрах с многосторонним обжатием // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1996. - №1. -С.30-32.

129. Стеблянко В.Л., Литичевская Л.А., Литичевский В.М. Обобщенный подход к описанию очага деформации // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1996. - №3. - С.20-21.

130. Стеблянко В.Л., Литичевский В.М., Литичевская Л.А. Исследование технологических параметров процесса формирования биметаллической катанки в многовалковом калибре // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. -1996. -№5. С.31-36.

131. Стеблянко В.Л., Литичевская Л.А., Литичевский В.М. Универсальное описание очага деформации // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск, МГМА, 1996. - С. 125-128.

132. Стеблянко В.Л., Литичевская Л.А., Литичевский В.М. Моделирование формоизменения биметаллического профиля при прокатке в четырехвалковом стрельчатом калибре // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1999. -№3. -С34-37.

133. Скороходов А.Н. Определение кинематически возможного поля скоростей при анализе процесса прокатки в калибрах // Теория и технология прокатки: Сб. науч. тр. Свердловск, УПИ. - 1967. - С.34-41.

134. Тарновский И.Я., Скороходов А.Н., Илюкович Б.М. Элементы теории прокатки сплошных профилей. -М: Металлургия, 1972. 324 с.

135. Красулин Ю.Л. Взаимодействие металла с полупроводником в твердой фазе.-М.: Наука, 1971,- 119 с.

136. Мазур А.И., Алехин В.П., Шоршоров М.Х. Процессы сварки и пайки в производстве полупроводниковых приборов. М.: Радио и связь, 1981.-224 с.

137. Сахацкий Т.П. Технология сварки металлов в холодном состоянии. -Киев: Наукова думка, 1979. 296 с.

138. Айнбиндер С.Б., Клокова Э.Ф. Некоторые вопросы теории сцепления металлов при совместном пластическом деформировании // Изв. АН Латв. ССР. 1958. - № 12. - С.141-154.

139. Айнбиндер С.Б., Клокова Э.Ф. Об определении величины сил адгезии между твердыми телами // Докл. АН СССР. 1962. - 146, № 5. -С.1058-1060.

140. Parks J.M. Recrystallization welding // Welding J. 1953. - № 5. - P.209.

141. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка в вакууме. М.: Машиностроение, 1968.-331 с.

142. Семенов А.П. О природе схватывания твердых тел. М.: Наука, 1967. -206 с.

143. Рыкалин H.H., Шоршоров М.Х., Красулин Ю.Л: Физические и химические проблемы соединения разнородных металлов // Изд. АН СССР. Неорганические материалы. 1965. - № 1. - С.29-36.

144. Каракозов Э.С., Шоршоров М.Х. О понятии энергии активации топохи-мической реакции между металлами в твердой фазе // Физ. и хим. обраб. матер. 1971. - № 4. - С.94-100.

145. Сварка в машиностроении. Т.1. / Под ред. H.A. Ольшанского. М.: Машиностроение, 1978. - 504 с.

146. Мазур А.И., Алехин В.П., Шоршоров М.Х: Процессы сварки и пайки в производстве полупроводниковых приборов. М.: Радио и связь, 1981.-223 с.

147. Шоршоров М.Х., Дрюнин С.С. Кинетика соединения материалов в твердой фазе // Физ. и хим. обраб. матер. 1980. - № 6. С.63-68.

148. Колмогоров А.Н. Статистическая теория кристаллизации металлов // Изв. АН СССР. Сер. мат. 1937. - С.355-358.

149. Аврами М. Физическое металловедение / Под ред. Р.Кана. М.: Мир, 1968.- 157 с.

150. Демкин Н.Б. Фактическая площадь касания твердых поверхностей. М.: Изд-во АН СССР, 1962. - 111 с.

151. Гегузин Г.Е. Физика спекания. М.: Наука, 1967. - 360 с.

152. Арефьев Б.А., Пановко В.М. Формирование соединения между компонентами структурно-неоднородных пористых систем при их пластической деформации // Пластическая деформация конструкционных материалов. М.: Наука, 1988. - С.80-100.

153. Агеев JI.M. Оптимальные параметры процесса холодной сварки биметаллической ленты путем прокатки // Обработка слоистых и сплошных материалов: Межвуз. сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГМИ, 1991. С.71-75.

154. Выдрин В.Н., Федосиенко A.C., Крайнов В.И. Процесс непрерывной прокатки. М.: Металлургия, 1970. 456 с.

155. Каракозов Э.С., Зотин В.И., Прохоров А.Н. Роль релаксации анпряжений в процессе образования напряжений при сварке прокаткой // Сварочное производство. 1983. - №12. - С. 14.

156. Каракозов Э.С., Зотин В.И., Александров A.A. Особенности образования соединения при сварке прокаткой // Автоматическая сварка. 1983. -№1. - С.22-29.

157. Стеблянко В.Л., Ситников И.В. Подготовка поверхности металлических компонентов при производстве слоистых композиционных материалов. Магнитогорск: МГМИ, 1989. - 101 с.

158. Стеблянко В.Л., Ситников И.В. Очистка и активация поверхности металлов перед плакированием и нанесением покрытий / Черметинформа-ция. Серия «Прокатное производство»: Обзорная информация. Вып.4. -М„ 1991.-21 с.

159. Физика и техника низкотемпературной плазмы. Под общ. редакций С.В.Дресвина. М.: Атомиздат, 1972. - С.163-178.

160. Рыкалин H.H., Углов A.A., Анищенко Л.М. Высокотемпературные технологические процессы. М.: Наука, 1986. - 172 с.

161. Туровский Я. Техническая электродинамика: Пер. с польск. М.: Энергия, 1974. - 488 с.

162. Индукционно-плазменная очистка поверхности металлических изделий / Стеблянко В.Л., Ситников И.В., Марченко A.B. и др. // Теплотехнические вопросы применения низкотемпературной плазмы в металлургии: Межвуз. сб. науч. тр.- Свердловск, 1985. С.109-113.

163. Стеблянко В.Л., Ситников И.В., Хромченко Н.С. Совмещение нагрева и очистки в непрерывной технологии производства биметалла // Теория и практика производства метизов: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 15. Магнитогорск, 1989.-С.140-147.

164. Стеблянко В.Л., Ситников И.В. Использование высокочастотного дугового разряда атмосферного давления для очистки и активации металлических поверхностей // Плазмотехнология: Сб. науч. тр. Киев, 1990. -С.81-85.

165. Семенов H.H. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности. М.: Изд-во АН СССР, 1958. - 686 с.

166. Фрк В.А. К тепловой теории электрического пробоя // Сб. тр. физико-техн. лаборатории. Вып5. Ленинград, 1928. - С.57-71.

167. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987. - 489 с.

168. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966. - 686 с.

169. Велихов Е.П., Ковалев A.C., Рахимов А.Т. Физические явления в газоразрядной плазме. М.: Наука, 1987. - 160 с.

170. Кадомцев Б.Б. Гидромагнитная устойчивость плазмы // Вопросы теории плазмы: Сб. науч. тр. Вып2. М., 1963. - С. 132-176.

171. Основы теории и практики электрохимической обработки металлов и сплавов / Щербак М.В., Толстая М.А., Анисимов А.П. и др. М.: Машиностроение, 1981. -263 с.

172. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сухомел A.C. Теплопередача. М.: Энер-гоиздат, 1981.-416 с.

173. Арутюнян Г.М. Термогидродинамическая теория гетерогенных систем. М.: Изд-во физ.-мат. лит-ры. - М., 1994. - 271 с.

174. Раковский Г.Б. Математическая модель процесса формирования пробоя в проводящих жидкостях // Физико-механические процессы при высоковольтном разряде в жидкости: Сб. науч. тр. Киев, 1980. - С.3-13.

175. Лазоренко Б.Р., Фурсов С.П., Факторович A.A. Коммутация тока на границе металл-электролит. Кишинев: РИО АН МССР, 1971. - 74 с.

176. Анненков A.B., Анагорский Л.А. Катодный способ удаления окалины с деталей сложной формы // Металловедение, термообработка и физиче265ские свойства металлов и сплавов: Сб. тр. ЛФ МИСиС. Вып.7. Липецк, 1970. - С.59-63.

177. Анненков A.B. Исследование и разработка высоковольтного электрохимического метода удаления окалины с фасонных поверхностей деталей. Дисс. канд. техн. наук. Тула, 1971. - 160 с.

178. Анагорский Л.А., Гахов П.Ф., Еретнов К.И. Исследование электролитного обезжиривания и очистки ленты из электротехнической стали // Тонколистовая прокатка: Сб.науч. тр. Воронеж, 1977. - С.42-45.

179. Дунаевский В.И., Занин А.Я., Коваленко П.М. Электролитно-кавитационная обработка поверхности проката в непрерывных агрегатах // Труды ВНИИМЕТМАШа. №59. М., 1979. - С.81-85.

180. A.C. № 755900 СССР, МКИ5 C25F 7/00. Устройство для электроразрядной обработки полосы в электролите / Рудим В.М., Грицук Н.Ф., Степанов В.А. Опубл. в БИ №30, 1980.