автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Управление структурой и свойствами алюминиевых сплавов в специальных видах литья

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе результатов комплекса исследований, проведенных в лабораторных и промышленных условиях, выявлены закономерности формирования свойств алюминиевой катанки в условиях непрерывного литья и прокатки, разработана и широко внедрена технология производства катанки различных сортов с оптимальным сочетанием электрических и прочностных свойств, соответствующих лучшим мировым стандартам, для изготовления неизолированных кабелей магистральных линий электропередачи. Применение разработанных технологий обусловило возможность экспорта алюминиевой катанки.

2. Результаты работ легли в основу разработки технического задания на проектирование агрегата непрерывного литья и прокатки нового поколения, технические параметры которого обеспечивают возможность производства алюминиевой катанки всех известных в мировой практике сортов. Институтом ВНИИМЕТМАШ по заказу Иркутского алюминиевого завода выполнен технический проект агрегата НЛП производительностью 8 тонн в час.

3. Разработана математическая модель тепловой работы валкового кристаллизатора, используемого в производстве листов и лент из алюминия и сплавов на его основе. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность управления структурой сплавов в условиях высокоскоростного охлаждения расплава в межвалковом пространстве в процессе бесслитковой прокатки. Показана возможность производства методом бесслитковой прокатки тонких листов из алюминиевых сплавов с высоким содержанием труднорастворимых компонентов и заданным сочетанием механических и физических свойств, а также листов из вторичных сплавов с приемлемым комплексом технологических свойств. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в процессе освоения агрегатов бесслитковой прокатки на Канакерском и Иркутском алюминиевых заводах и Михайловском заводе обработки цветных металлов.

4. Разработана принципиально новая технология синтеза сплавов и композиционных материалов на алюминиевой основе методом плазменной инжекции порошковых компонентов в матричные низкотемпнературные расплавы. Теоретически и экспериментально обоснована возможность получения мелкодисперсных армирующих интерметаллидных соединений с высоким содержанием труднорастворимых компонентов, в частности, переходных металлов, за счет организации реакций синтеза в микрообъемах расплава. Выявлены закономерности структурных превращений в процессе взаимодействия вводимых компонентов с матричным расплавом в температурно-временных условиях синтеза. Разработана аппаратурно-технологическая схема синтеза новых видов сплавов и композиционных материалов со специальными свойствами для машиностроения. На оборудовании опытно-промышленного типа реализован совмещенный процесс синтеза и непрерывного литья цилиндрических слитков из сплавов композиционного типа.

5. Разработана технология литья слитков-заготовок из алюминиево-кремниевых сплавов с недендритной тиксотропной структурой для производства фасонных изделий методом тиксолитья. Установлены закономерности формирования структуры сплава алюминий-кремний в процессе затвердевания перемешиваемого магнитным полем расплава. Разработана и в промышленных условиях испытана с положительными результатами технологическая оснастка для литья слитков диаметром 120 - 200 мм с перемешиванием затвердевающего расплава и технологические параметры литья, позволяющие управлять процессами формирования структуры в микро- и макрообъемах. Технология производства слитков с тиксотропной структурой, обеспечивающая равномерное распределение кремния по сечению слитка передана заказчику разработки - фирме "Alumax", США.

6. Разработана технология литья слитков с недендритной структурой из деформируемого сплава 6061 системы Al-Mg-Si-Cu-Cr с МГД перемешиванием затвердевающего расплава, обеспечивающая существенное повышение пластических свойств слитка в условиях горячей штамповки за счет недендритной мелкозернистой структуры. Технология передана заказчику разработки - фирме "Reynolds Metal Со", США.

7. Технологические разработки защищены 22 авторскими свидетельствами и патентами Российской Федерации и двумя зарубежными патентами (США,ФРГ). Суммарный экономический эффект от реализации результатов работы составил 2.5 млн. рублей в ценах 1991 года.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

1. Борисов В.Г. Производство проката из цветных металлов методами совмещенного литья и прокатки. М., Цветметинформация, 1984, 84с.

2. Борисов В.Г., Авдеев М.П., Ростовцев В.В. Настоящее и будущее совмещенного литья и прокатки на алюминиевых заводах. //Цветные металлы, 1977, №10 С. 46 -49.

3. Борисов В.Г., Иванов В.Ф., Киселев В.П., Останин Ю.Д. Проблемы производства проката из алюминия и его сплавов в алюминиевой промышленности. //Научные исследования и опыт проектирования в металлургии легких металлов/ Металлургия, М„ 1981, С. 121 -123.

4. Борисов В.Г., Жаров А.Н., Морозов Л.Н., Сильников В.Н., Сильникова Е.Ф. Формирование текстуры при волочении алюминиевой катанки. // Электротехническая промышленность, Серия "Кабельная техника", 1978, вып. 5 (159), С.13-14.

5. Борисов В.Г., Жаров А.Н., Морозов Л.Н., Прокофьев А.П., Рыбин Ю.И., Сильников В.Н. Зависимость характеристик алюминиевой проволоки от режимов волочения.// Электротехническая промышленность, Серия "Кабельная техника", 1977, вып. 6 (48), С.3-5.

6. Борисов В.Г., Калужский Н.А. Проблемы развития и внедрения совмещенного технологического процесса литья и прокатки алюминиевых сплавов// Легкие и жаропрочные сплавы и их обработка. Сб научн. трудов/ ВИЛС, М., 1986, С.175 -178.

7. Борисов В.Г., Канторович В.Ф., Чернаков И.Я., Плинер Е.Г. Проблемы и перспективы производства алюминиевой катанки методом непрерывного литья и прокатки.// Алюминий-85 Сб. докладов международной конференции/ Секешфехервар, 1985, С 34-37.

8. Борисов В.Г. Разработка и освоение технологии производства алюминиевой катанки на высокопроизводительных агрегатах непрерывного литья и прокатки// Сб. докладов/ V югославский международный симпозиум по алюминию ч.П„ Мостар, 1986, С.517-524.

9. Борисов В.Г., Калужский Н.А., Ивченков В.П., Гопиенко В.Г. Современные достижения в области производства алюминия и его сплавов// Цветные металлы, 1991,№9, С. 48 - 50.

10. Борисов В.Г. Состояние и перспективы производства проката в алюминиевой промышленности. Исследования и разработки.// "Алюминий - главное действующее лицо в экологии будущего" Труды международного симпозиума, т.II/, Совалюминий - ФАТА, Л., 1990, С. 188 - 196.

11. Борисов В.Г. Потребление алюминия, реконструкция литейно-прокатных отделений алюминиевых заводов, расширение переработки алюминия и его сплавов. // "Алюминиевая промышленность России. Стратегии развития и новые инвестиционные проекты". Труды международной конференции./ВАМИ, СПб, 1992, С. 56 - 59.

12. А.С. 1508408 от 6.04.1987. МПК В 22 D 11/10 Способ получения алюминиевой катанки и установка для его осуществления. Соавторы: Кантарович В.Ф., Червонин В.М., Ратманов В.Н.

13. Борисов В.Г., Гопиенко В.Г., Черепанов В.П. Проблемы производства гранулированных алюминиевых сплавов и полуфабрикатов.// Цветная металлургия, 1981, № 9 - 16, С. 34-38.

14. Калужский НА, Гопиенко В.Г., Борисов В.Г., Яковлев В.П., Киселев В.П., Павлова Л.А., Румянцева И.В., Литвинцев А.И., Шмаков Ю.В. Исследования по получению деформируемых полуфабрикатов из порошков и гранул высококремнистых алюминиевых сплавов.// Сб. научных трудов./ ВАМИ, Л.,1976, №95, С. 78 - 85.

15. Гопиенко В.Г., Киселев В.П., Борисов В.Г.,Кальченко B.C. Порошковая металлургия алюминия и его сплавов. //Цветные металлы, 1981, №8, С. 65 - 67.

16. Калужский Н.А., Борисов В.Г., Черепанов В.П. Разработка технологии, аппаратуры и организация промышленного производства гранулируемого алюминия и его сплавов.// "Металлургия гранул" вып.2, / ВИЛС, М.1984, С. 26 - 32.

17. Борисов В.Г., Зюзько И.И., Мараев С.Е. Некоторые вопросы теории бесслитковой прокатки.//Материалы Всесоюзной школы-совещания,/ Цветметинформация, М., 1969, С. 9-18.

18. Борисов В.Г. Совмещенное литье и прокатка на алюминиевых заводах.// "Алюминий и технический прогресс", Сб научн. трудов./ ВИЛС, М.,1987, С. 131-135.

19. Гуляев Б.Б., Борисов В.Г., Чижиков В.В., Иванов Р.А., Зонтов С.Г. Исследование процесса теплообмена при литье в валковый кристаллизатор.// Материалы научно-технического совещания, /ВАМИ. Л., 1973, С. 85 - 99.

20. Чижиков В.В., Борисов В.Г., Кулик Н.М. Анализ резервов повышения производительности агрегатов бесслитковой прокатки.// Цветные металлы, 1978, №8, С. 75 - 79.

21. Чижиков В.В., Борисов В.Г. Анализ охлаждающей способности валков-кристаллизаторов установки бесслитковой прокатки.//Сб. научн. трудов./ ВАМИ, 1978, №102, С. 40 - 46.

22. Борисов В.Г., Иванов Р.А., Чижиков В.В. Определение давления металла на валки при бесслитковой прокатке.// Цветные металлы, 1974, №1, С 75 - 77.

23. Иванов Р.А., Борисов В.Г., Чижиков В.В., Афонькин М.Г. Исследование характера деформации металла в процессе бесслитковой прокатки.// Материалы научно-технического совещания,/ ВАМИ. Л., 1973, С. 77 -84.

24. Борисов В.Г., Иванов Р.А., Чижиков В.В., Афонькин М.Г., Зонтов С.Г. Определение опережения при литье в валковый кристаллизатор.// Цветные металлы, 1976, №10, С. 53-54.

25. Чижиков В.В., Борисов В.Г., Иванов Р.А. Температурное поле материала в очаге деформации при бесслитковой прокатке./Цветные металлы, 1976, №1, С. 49-51.

26. Афонькин М.Г., Богоявленский К.Н., Борисов В.Г., Рис В.В., Свойства лент из алюминиевых сплавов, полученных на роторной литейной машине.// Цветные металлы, 1974, № 10, С. 55 - 57.

27. Богоявленский К.Н., Борисов В.Г. Афонькин М.Г., Рис В.В., Комарова Э.И. Исследование процессов деформирования листовых материалов, полученных бесслитковыми методами.// Материалы научно-технического совещания,/ ВАМИ. Л., 1974, С. 100-108.

28. Афонькин М.Г., Богоявленский К.Н., Борисов В.Г., Комарова Э.И., Рис В.В. Исследование деформируемости алюминиевых сплавов, полученных методом бесслитковой прокатки./ЛИзготовление деталей пластическим деформированием",/ Машиностроение, Л., 1975, С. 376 - 383.

29. Афонькин М.Г., Богоявленский К.Н., Борисов В.Г., Рис В.В. Влияние холодной деформации на коэффициент анизотропии полосы, полученной бесслитковой прокаткой.// Цветные металлы, 1977, №8, С. 60 - 63.

30. Афонькин М.Г., Богоявленский К.Н., Борисов В.Г., Рис В.В., Тимофеев А.В. Силовые параметры процесса холодного выдавливания алюминиевых сплавов бесслитковой прокатки. //Цветные металлы, 1976, №1, С. 68.

31. Afon'kin M.G., Bogoyaviensky K.N., Borisov V.G., Ris V.V. Effect of cold rolling deformation and heat treatment of the coefficient of anisotropy of sheet produced by melt rolling./ Light Metal Age, 1979, №3-4, P. 14 -16.

32. Афонькин М.Г., Чижиков B.B., Иванов P.A., Борисов В.Г., Особенности формирования макроструктуры заготовки при бесслитковой прокатке и механические свойства получаемой полосы.// Цветные металлы, 1976, №4, С. 61 -63.

33. Борисов В.Г., Чижиков В.В., Зонтов С.Г., Червонин В.М., Ростовцев.В.В., Морозов B.C. Опыт освоения процесса бесслитковой прокатки на ИркАЗе.//Сб научн. трудов №99./ ВАМИ, Л., 1977, С. 65 - 69.

34. Борисов В.Г., Чижиков В В., Зонтов С.Г., Агасиев Л.И., Минасян Ц.К., Мкртчян А.Е. Формообразование кромки ленты в процессе бесслитковой прокатки.// Цветная металлургия, 1972, № 9 -16, С. 41 - 43.

35. Борисов В.Г., Борисенко Л.П., Меньшиков В.И., Подклетнова Е.М., Чернявская И.М. Микрозондовый анализ быстроохлажденных алюминиевых сплавов.// "Интенсификация производства продукции из алюминия, кремния и их сплавов" Сб. статей./ ВАМИ, Л., 1987, С. 9-14.

36. Борисов В.Г., Борисенко Л.П., Селектор М.Л., Зонтов С.Г. Разработка математической модели процесса охлаждения алюминиевых сплавов при бесслитковой прокатке.// "Интенсификация производства продукции из алюминия, кремния и их сплавов" Сб. статей./ВАМИ, Л., 1987, С. 1-9.

37. Борисов В.Г., Борисенко Л.П., Орлова Г.И., Федоров В.М. Исследование и разработка технологии получения листов из алюминиевых сплавов для контактной сварки.// Цветные металлы, 1987 №2, С. 66 - 69.

38. Борисов В.Г., Новиков А.В., Зонтов С.Г., Агасиев Л.И. и др. Опытная разливка сплавов типа АМц и АМг2 на установке БПЛ и некоторые особенности обработки бесслитковой ленты из них.// Материалы научно-технического совещания,/ ВАМИ. Л., 1973, С. 109-114.

39. Борисов В.Г., Борисенко Л.П., Зонтов С.Г. Структура и свойства тонких лент из эвтектических алюминиевых сплавов, полученных бесслитковой прокаткой.// "Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа", Сб. докладов, ч.Н./ДметИ, Днепропетровск, 1986, С. 251-255.

40. Борисов В.Г., Борисенко Л.П., Орлова Г.И. Получение деформируемых алюминиевых сплавов из вторичного сырья методом бесслитковой прокатки.// "Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа", Сб. докладов, ч.Н./ДметИ, Днепропетровск, 1986, С. 246-250.

41. Борисов В.Г. Состояние и перспективы развития производства деформированных полуфабрикатов методом совмещенного литья и прокатки в алюминиевой промышленности.// Материалы научно-технического совещания,/ ВАМИ. Л., 1973, С .72 - 76.

42. А С. 271738 от 14.05.1969. МПК В 22d 11/10 Устройство для подвода расплава в валки-кристаллизаторы установок БПЛ. Соавторы: Мараев С.Е., Зюзько И.И. Зонтов С.Г., Шапочкин А.И., Агасиев Л.И.

43. А.С. 288784 от 10.09.1970. МПК В 22d 11/10 Устройство для подачи жидкого металла в валковый кристаллизатор. Соавторы: Зонтов С.Г., Куприянов В.А., Шапочкин А.И.

44. А.С. 358897 от 13.07. 1970. МПК В 22d 11/10 Способ непрерывного литья металлов. Соавторы: Куприянов В.А., Софинский П.И., Зонтов С.Г., Чеботарев В.А., Шапочкин А.И.

45. А.С. 400410 от 10.11.1972. МПК В 22d 11/12 Способ предварительного напряжения валковой литейной машины. Соавторы: Куприянов В.А., Зонтов С.Г., Софинский П.И., Давыдов В .А.

46. А.С. 512896 от 14.01.1976. МПК В 23 Р 11/02 Способ сборки деталей типа вал-втулка. Соавторы: Зонтов С.Г., Софинский П.И., Остренский П.И., Куприянов В.А.

47. А.С. 690709 от 14.06.1979. МПК В 22d 11/06 Машина непрерывной отливки полосы. Соавторы: Зонтов С.Г., Куприянов В.А., Софинский П.И.

48. А.С. 661973 от 15.01.1979. МПК В 22d 11/10 Устройство для непрерывной разливки металлов. Соавторы: Чижиков В.В., Зонтов С.Г., Заводовский Г.П.

49. А.С.713060 от 5.10.1979. МПК В 22d 11/10 Устройство для подачи расплава в валковый кристаллизатор машины непрерывного литья. Соавторы: Афонькин М.Г.,Чижиков В.В., Зонтов С.Г.

50. А.С. 708597 от 14.09.1979. МПК В 22d 11/10 Устройство для непрерывного литья заготовок. Соавторы: Чижиков В.В., Заводовский Г.П., Зонтов С.Г., Лосюк Ю.А.

51. А.С. 1080312 от 10.02.1982. МПК В 22d 11/06 Кристаллизатор роторной литейной машины. Соавторы: Зонтов С.Г., Зюзько И.П., Вульфсон Л.Я.

52. А.С. 1115309 от 6.09.1982. МПК В 22d 11/00 Способ производства листов и лент из сплавов на основе алюминия. Соавторы: Зонтов С.Г., Калужский Н.А., Бондарев Б.И., Чижиков В.В.

53. А.С. 1271908 от 29.12.1984.МПК С 22 С 1/02 Способ получения лигатуры для модифицирования алюминиевых сплавов. Соавторы: Борисенко Л.П., Бондарев Б.И., Рапопорт В.М., Орлова Г.И.

54. АС. 1448727 от 13.04. 1987. МПК С 22 С 21/08 Сплав на основе алюминия. Соавторы: Борисенко Л.П., Кирпа И.Г., Алдакушкин А.В.

55. А.С. 1572772 от 22.02.1990. МПК В 23 К 20/04 Способ получения плакированной алюминиевой полосы. Соавторы: Кирпа И.Г., Зюзин В.И. Алдакушкин А.В., Борисенко Л.П.

56. А.С. 1405336 от 19.08.1986. МПК С 22 С 1/02 Способ получения алюминиевых сплавов. Соавторы: Л.П.Борисенко, Зонтов С.Г., Останин Ю.Д., Орлова Г.И., Рапопорт В.М., Чижиков В В.

57. Борисов В.Г., Калужский Н.А., Борисенко Л.П. О новом методе синтеза алюминиевых сплавов и композиционных материалов на их основе.// Технология легких сплавов, ВИЛС, М., 1990, №12, С. 9- 11.

58. Борисов В.Г. Синтез композитов и сплавов на металлической основе методом плазменной инжекции компонентов в матричный расплав.// "Технология обработки легких и специальных сплавов",/Металлургия, М., 1994, С. 50-57.

59. Патент РФ 2020042 от 30.09.1994. МПК В 22 D 19/14 Способ получения отливок их композиционного материала на алюминиевой основе. Соавторы: Борисенко Л.П.,

Иванченко А.В., Калужский Н.А., Богданов А.П., Рапопорт В.М., Белоусов Н.Н., Павлова С.Н., Беляева Т.И., Волков В.В., Шустеров B.C.

60. USA Patent 5,305,817 of Apr.26, 1994. Int. CI. В 22 D 19/14 Method for Production of Metal Base Composite Material. Cc: L.Borisenko, A.lvanchenco, N.Kaiuzhsky, A.Bogdanov, V.Papoport, N.Belousov, S.Pavlova, T.Belyaeva, V.Volkov, V.Shusterov.

61. A.C. 1837619 от 13.10.1992. МПК С 22 С 1/00, 1/02 Способ легирования алюминиевых сплавов. Соавторы: Калужский Н.А,, Борисенко Л.А., Волков В.В., Шустеров B.C., Иванченко А.В., Богданов А.П., Рапопорт В.М.

62. Патент РФ 2144573 от 20.01.2000. МПК С 22 с 32/00, В 22 D 19/14 Устройство для введения мелкодисперсных компонентов в матричный металлический расплав. Соавторы: Юдаков А.А., Хрипченко С.Ю., Денисов С.А., Зайцев В.Н.

63. Борисов В.Г., Казаков А.А. Новые материалы композиционного типа на алюминиевой основе для машиностроения,// Цветные металлы, 1997, № 4, С. 71 -73.

64. Борисов В.Г., О новых конструкционных материалах на алюминиевой основе,// Металлы Евразии, 1997, №5, С. 84 - 85.

65. Борисов В.Г., Казаков А.А. New Method for Synthesis of Metal Matrix Composites,// ALUMITECH'97,/ Aluminum Association, Atlanta, GA, USA, 1997, P. 191 - 203

66. Борисов В.Г., Казаков А.А. Aluminum Composite Materials with Thixotropic Structure,// 5th International Conference on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites,/ Golden, Colorado USA, 1998, p 539 - 548.

67. Борисов В.Г., Современные методы управления структурой сплавов,// Тезисы докладов Всероссийского научно-практического семинара "Литейное производство сегодня и завтра",/ СПб, 2000, С. 18.

68. Борисов В.Г., Управление структурой и свойствами алюминиевых сплавов в условиях специальных видов литья./ Литейное производство, 2000, №7, С.39 - 41.

69. Борисов В.Г., Чижиков В.В. О некоторых современных технологиях и оборудовании переработки алюминия в полуфабрикаты и изделия,// Конференция "Алюминий Сибири". Тезисы докладов/, Красноярск, 2000, С 51 - 53.

Лицензия 69 - 438 от 23.11.1999 г.

Подписано в печать Z.P.og .г оо<» Объем в печ. л. 2.5

Тираж 100 экз. Заказ Ха 172

ЗАО"ИПРИС" 191198, Санкт-Петербург, Шведский пер. 2