Наука

За период существования кафедры “Обработка металлов давлением” четко определились сферы ее научных интересов, которые на грани тысячелетий имеют следующие приоритеты:

1.Реструктуризация черной металлургии Украины (научные руководители д.т.н., проф., член-корреспондент НАН Украины Минаев А.А., д.т.н., проф. Коновалов Ю.В.) 
В рамках реализации программы “Донбасс-2020” предложен нетрадиционный метод решения проблемы на примере предприятий Донбасса. На первом этапе - объединение современных технологий в единственный технологический процесс. На втором этапе - создание на отдельных предприятиях современных технологий. На третьем этапе - общий выход металлургических предприятий на современный мировой уровень металлургических технологий.

2.Разработка теоретических, технологических и организационных положений процесса выплавки, розливки, прокатки, термообработки и улучшения стали и горячекатаного подката применительно к условиям производства белой и хромированной жести (научный руководитель направления д.т.н., проф. Коновалов Ю.В.) 
На основании анализа мирового и отечественного опыта определены требования к стали и горячекатаному подкату, который в дальнейшем используется для производства жести, а также регламентированы параметры технологии и оборудования для их обеспечения. Теоретически, технологически и экономически обоснованно применение для этой цели толстослябового литейно-прокатного модуля. Выяснены теоретические особенности расчета энергосиловых параметров прокатки жести. На базе полученных данных разработано технологическое задание на проектирование (ДонНТУ). Кроме того, выполнено технико-экономическое обоснование проекта комплекса для производства жести на ОАО «Енакиевский металлургический завод».

3.Термомеханическая обработка (ТМО) сортового проката (научный руководитель д.т.н.,проф., член-корреспондент НАН Украины Минаев А.А.) 
Комплекс работ поискового и прикладного характера по исследованию закономерностей ТМО, позволил выяснить и систематизировать особенности механизма формирования фазового состава сталей широкого назначения при разнообразных видах температурно-деформационного влияния на металл в технологическом потоке стана. На основании выполненных исследований разработаны технологические схемы обработки сортового проката такие, как ТМО с перлитным превращением, упрочняющая термообработка, контролируемая прокатка. Технология контролируемой прокатки реализована на станах ОАО “Енакиевский металлургический завод”, ОАО “Донецкий металлургический завод”, ОАО “Краматорский металлургический завод”, ОАО “Донецкий металлопрокатный завод” и других.

4.Развитие теории нестационарных процессов обработки металлов давлением и технологий производства колес, колец и бандажей (научные руководители д.т.н., проф. Яковченко А.В., к.т.н., доц. Снитко С.А.) 
В соответствии с планами работ из этого направления выполнены следующие важные этапы: разработка и усовершенствование аналитических методов моделирования процессов пластической деформации сталей и сплавов, в том числе асимптотического и вариационного; разработка систем автоматизированного и диалогового проектирования нестационарных процессов прокатки железнодорожных колес, колец, а также бандажей для локомотивов, метро и трамваев; промышленное внедрение разработанных технологий на комплексных пресопрокатных линиях ОАО “Нижнеднепровский трубопрокатный завод”.

В 2000 г. была разработана и внедрена в условиях ОАО “НТЗ” новая технология прокатки локомотивных бандажей на одном из станов вместо двух, что традиционно выполнялась. По предложенной технологии только в 2001 г. выработано больше чем 5 тыс. т. проката. Распространение внедрения технологии осуществляется в течение 2002 года. Кроме того, разработана компьютерная система проектирования технологии производства штампованно-катаных железнодорожных колес, которая используется в условиях промышленности с 2000 года по настоящее время.

5.Развитие теории и технологии интенсивных пластических деформаций (научный руководитель д.т.н., проф. Бейгельзимер Я.Е.) ;
Процессы интенсивных пластических деформаций - это процессы холодной или теплой обработки давлением, которые позволяют накапливать в материале большую степень деформации без конечного формоизменения заготовки. В этом случае, форма заготовки изменяется в ходе процесса, но возвращается к начальной на заключительной стадии. Эти процессы используют для получения ультромикрокристаллических материалов, которые имеют высокую прочность и пластичность. Предложен новый метод интенсивных пластических деформаций - винтовое прессование. Разработаны и созданы установки, которые реализуют этот метод в лабораторных условиях. Показано, что метод позволяет изменить структуру медных и титановых сплавов так, что она становится ультромикрокристаллической. Осуществляется работа относительно создания промышленной технологии винтового прессования.

6.Развитие научных основ повышения качества сортового проката из непрерывнолитой стали и совершенствование технологии производства (научные руководители направления д.т.н., проф. Смирнов Е.Н., асс. Скляр В.А.)

Выполнен комплекс исследований, в рамках которого получили дальнейшее развитие методологические основы инновационного проектирования технологии производства и модель технологического обеспечения качества металлопроката из непрерывнолитой стали. Разработка отличается комплексным учётом совместного влияния параметров физико-геометрического состояния раската и процесса деформирования на течение металла в очаге деформации и динамику формирования опасных для его целостности напряжений на этапах технологической системы “Сталь - Прокат - Металлопродукция”. В рамках реализованного проекта впервые разработаны методы моделирования и проведения экспериментальных исследований процесса деформирования непрерывнолитых блюмов на стадии неполной кристаллизации с использованием универсальных физических моделей. Кроме того, получили дальнейшее развитие методы исследования НДС металла и представления о закономерностях проникновения деформации во внутренние зоны фактического очага деформации при упругопластическом деформировании непрерывнолитых блюмов на стадии неполной кристаллизации.

Практическая реализация полученных результатов нашла своё отражение в том, что применительно к условиям развивающихся украинских металлургических холдингов осуществлён выбор предприятий и дано научное обоснование интегрирования их инновационных переделов в новую технологическую систему “Сталь - Прокат - Металлопродукция” производства длинномерного крупносортного проката для угледобывающей отрасли, угольного машиностроения, судостроения и вагоностроения. Уровень технологических связей “Сталь”: выплавка в большегрузных кислородных конвертерах; внепечная обработка и раскисление комплексными ферросплавами; разливка непрерывным способом; производство передельной заготовки из непрерывнолитой стали - ОАО “Днепровский металлургический комбинат им. Ф.Дзержинского”. Уровень технологических связей “Прокат”: контролируемая прокатка крупносортных профилей отраслевого назначения - ОАО “Краматорский металлургический завод им. В.Куйбышева”. Уровень технологических связей “Металлопродукция”: термическая обработка металлоизделий с отдельного нагрева - ОАО “Энергомашспецсталь”. При этом экономия материальных ресурсов составляет не менее 15%.

Достижение уровня качества лучших зарубежных аналогов подтверждено посредством сертификации технологической схемы производства ведущими Классификационными обществами: Germanischer Lloyd и Det Norske Veritas .

7.Технология производства плит и толстых листов из слитков (научные руководители: д.т.н.,проф. Клименко В.М., д.т.н., проф. Руденко Е.А, к.т.н., доц. Филипов Е.Л., к.т.н., доц. Юрченко Ю.И.)
Получение заданных механических свойств и удовлетворительной макроструктуры листов толщиной более 50 мм (плит) может быть гарантировано только в условиях прокатки их из катаных (слябы) или кованых (брамы) заготовок. В условиях прокатки плит из литой заготовки (слитки или большие непрерывнолитые слябы) обеспечение высокого качества проката проблематично. Теоретические исследования методом линий скольжения, проведенные на кафедре ОМД ДонНТУ, показали, что в условиях традиционной прокатки достаточное уплотнение литой структуры центральных слоев толстых листов может быть обеспечено при 3,5...5-кратных вытяжках. Следовательно плиты толщиной более 80 мм из слябов толщиной 250 мм или меньше прокатывать не рекомендуется. Последующие исследования показали, что при создании достаточного перепада температур между центром и поверхностью полосы возможно значительно повысить эффективность пластической деформации центральных «пористых» слоев полосы при вытяжке значительно меньшей, чем допустимая. Выполнено экспериментальное исследование процессов изменения формы раската в условиях прокатки слябов в черновых клетях толстолистовых и широкополосных станов. Изучена динамика изменения параметров формы концов раската по проходам в прямом и обратном направлениях в горизонтальных, вертикальных валках и в системах вертикально горизонтальные и горизонтально вертикальные валки реверсивной универсальной клети, а также при переходах от продольной на поперечную и из поперечной на продольную схему прокатки в черновой клети толстолистового стана. Получены зависимости и разработана методика расчета параметров формы концов раската начальной прямоугольной формы после прокатки в горизонтальных и вертикальных валках в зависимости от главных критериев прокатки, а также выполнено оптимизации режима обжатий по критерию минимума конечной и боковой обрези.

8.Физическое и математическое моделирование процессов обработки металлов давлением (научные руководители: д.т.н., проф. Смирнов Е.Н., к.т.н., доц. Снитко С.А.,  к.т.н., доц. Митьев А.П.,  асс. Скляр В.А.)  

Развиваемый на кафедре комплексный подход к изучению закономерностей процессов ОМД предусматривает всесторонний их анализ путем сочетания методов физического и математического моделирования с использованием данных опытно-промышленных исследований. Указанный подход обеспечивает получение наиболее точных результатов моделирования и возможность их использования для практических целей, при расчете технологических режимов деформации.   

На кафедре созданы уникальные методы и лабораторные установки для физического моделирования процессов деформирования непрерывнолитых блюмов на стадии неполной их кристаллизации. При этом регистрация данных экспериментальных замеров осуществляется с использованием современной измерительной системы на базе ПК с встроенным модулем аналого-цифрового преобразователя. Возможности системы и разработанного программного обеспечения позволяют снимать данные с частотой на уровне 1 миллисекунды, формировать массив данных результатов измерений в цифровом виде, а также отслеживать на экране монитора результаты замеров регистрируемых параметров в виде графиков в режиме реального времени. 

На основе методов конечно-элементного моделирования разработаны модели следующих процессов: кристаллизации непрерывнолитого сортового слитка (блюма, заготовки); деформирования непрерывнолитых заготовок на стадии неполной их кристаллизации; горячей прокатки заготовок, в том числе с учетом особенностей макроструктуры непрерывнолитого слитка; горячей штамповки и прессования заготовок. Тестирование моделей выполнялось на основе данных опытно-промышленных исследований и лабораторных физических экспериментов.

Указанный выше подход и созданные модели использовали при анализе существующих технологий деформирования металла и оценке эффективности вновь предложенных технических решений в условиях промышленного производства металлопроката на ОАО «ДМКД», ОАО «КМЗ им. Куйбышева», ОАО «Донецкий металлопрокатный завод», ОАО «ВМЗ» и ОАО «АЗОЦМ».   

9. Разработка и внедрение нового процесса управления асимметричной прокаткой толстых листов (научные руководители д.т.н., проф. Горелик В.С., к.т.н., доц. Митьев А.П.) 
На основе результатов исследований разработан новый процесс асимметричной прокатки толстых листов с повышенными служебными свойствами. Разработка содержит специальную схему управления соотношением скоростей валков и моментов двигателей привода валков при захвате и в установившемся режиме, а также технологию асимметричной прокатки в черновой и чистовой клетях станов. Внедрение процесса асимметричной прокатки на двух толстолистовых станах 3600 и 3000 позволило: уменьшить аварийность, вызванную неконтролированным изгибом раската в черновой и чистовой клетях; снизить продольную разнотолщинность листов на 18...28%, поперечную на 5...10%, неплоскостность на 20...25%; увеличить ударную вязкость на 10...20%, относительное удлинение на 20...25%; существенно повысить стойкость длинных раскатов в валках и тем самым стабилизировать процесс прокатки.

10. Разработка теории и практических методов формирования структуры и свойств металлов и сплавов, основанных на пластической обработке заготовок (научный руководитель д.т.н.,проф. Спусканюк В.З.)
Особенностью исследований является разработка и использование, с целью управления структурой и свойствами материалов, новых перспективных методов пластической деформации заготовок, таких как гидропрессование, равноканальное механическое и гидростатическое прессование, гидроштамповка, гидростатическое волочение при повышенном уровне гидростатического давления. Эти методы позволяют осуществлять значительно большие деформации, чем в обычных условиях, а при равноканальном прессовании накопление деформации достигается без изменения площади поперечного сечения заготовки. В этом случае высокое давление используется не только для повышения технологической пластичности заготовок, достижения больших деформаций, но и как фактор более позитивного изменения структуры и свойств материалов. Осуществлено широкое внедрение процессов ИПД конструкционных и инструментальных сталей с деформацией заготовки методами гидропрессования.

Вклад преподавателей кафедры в развитие отечественной науки отмечен:

1) Премией Совета Министров СССР (в 1982 г., проф. Долженков Ф.Е., проф. Коновалов Ю.В.);

2) Государственной премией СССР (в 1985 г., проф. Спусканюк В.З.);

3) Государственной премией Украины (в 2002 г., проф. Минаев А.А.).