Ученые СФУ помогут производить без брака алюминиевые слитки со скандием

Модель процессов литья плоских слитков из экономнолегированного алюминиево-скандиевого сплава, которая позволит избегать литьевого брака, создали ученые Института цветных металлов Сибирского федерального университета (СФУ), 8 августа сообщает пресс-служба вуза.

Состав сплава для производства алюминиевых полуфабрикатов, используемых в кораблестроении, космической отрасли и авиастроении, был ранее разработан специалистами СФУ по заказу компании «РУСАЛ».

Методика моделирования оптимальных режимов кристаллизации слитков из этого сплава позволит российским заводам значительно снизить затраты на производство за счет того, что благодаря подобранным с помощью модели параметрам литья слитки будут иметь равномерную структуру и состав, а это уменьшит количество производственного брака.

В то же время изделия, изготовленные из этих слитков, которые используются в автомобильной, судостроительной, авиационной и космической промышленности, будут более прочными и износостойкими, менее подверженными разрушению.

Сплавы на основе алюминия, для которых была разработана методика, содержат ценный редкоземельный элемент скандий, именно его добавки придают изделиям из такого сплава особую прочность, износостойкость и долговечность. Затраты скандия при применении новой методики будут совсем невелики.

Ведущий научный сотрудник лаборатории физикохимии металлургических процессов и материалов СФУ Александр Безруких пояснил суть проделанной коллективом работы:

«Уточненная методика теплофизического моделирования кристаллизации плоских слитков из скандийсодержащих алюминиевых сплавов позволяет добиться максимально равномерной и однородной структуры слитков. При последующей обработке и производстве полуфабрикатов из таких слитков они должны быть качественными, максимально однородными внутри, без точек напряжения и деформации — эти материалы применимы в том числе для стратегически важных отраслей, где ошибки недопустимы. Из-за некачественных слитков полуфабрикаты из них не получаются и приходится всё переделывать, это провоцирует рост затрат на производство. Наша модель такие затраты минимизирует».

Экспериментальная проверка эффективности новой методики в Институте цветных металлов СФУ проводилась на лабораторной установке непрерывного литья, по функциям являющейся заводским цехом в миниатюре.

Отлитые на ней слитки из алюминий-скандиевого сплава исследовались на соответствие нужным температурно-скоростным параметрам, а полученные в ходе реального эксперимента данные интерполировались в математическую модель, которая таким образом корректировалась. В результате была получена оптимальная модель кристаллизации слитка.

«Разработанная методика может использоваться для получения достоверных результатов моделирования литья слитков из алюминиевых сплавов схожего состава, в том числе легированных другими редкоземельными элементами в комплексе со скандием. Полученная модель характеризуется высокой сходимостью результатов и низкой погрешностью. Ее использование внесет свой вклад в развитие металлургической промышленности и технологический суверенитет нашей страны», — отметил Александр Безруких.

Разработка ученых СФУ поможет решить проблему контроля качества крупнотоннажных плоских алюминиевых слитков, Дело в том, что визуально невозможно отличить качественные слитки от бракованных, имеющих скрытые внутренние дефекты (трещины и микротрещины, скрытые в теле слитка).

Когда такие слитки производителем квалифицируются как годные, дефекты обнаруживаются уже при последующей их обработке в процессе прессования или прокатки, и дорогая заготовка идет в брак.

«На металлургическом производстве, безусловно, контролируют качество слитков, но это делается на отдельных фрагментах — для исследования берутся поперечные образцы слитка (темплеты) толщиной не более 150 мм. Длина же плоских слитков может достигать в продольном направлении до 6–10 метров, при этом выявить возможные скрытые дефекты „сердцевины“ слитка не всегда возможно», — пояснил ученый.

Но если технологические параметры производства будут подобраны с помощью новой методики СФУ, то весь слиток будет иметь однородную структуру, и неприятные «находки» в его сердцевине уйдут в прошлое.

Красноярские ученые надеются, что их разработка будет востребована ведущими заводами, такими как ОК «РУСАЛ», Красноярский металлургический завод (КраМЗ), Каменск-Уральский металлургический завод (КУМЗ), Самарский металлургический завод (Арконик СМЗ) и др.

В настоящее время ученые СФУ проводят испытания новой модели на алюминиевых сплавах, легированных другими редкоземельными и переходными металлами.