Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Интенсивные пластические деформации сопровождаются и большими тепловыми эффектами деформации. Этот фактор зачастую не учитывается исследователями и требует подробного изучения для создания рациональных и технологичных процессов ИПД. В данной работе проведен комплекс научно-технических исследований направленных на выявление закономерностей формирования структуры, физико-механических свойств и технических параметров обработки медных сплавов системы Cu-Cr в условиях интенсивных деформаций и совмещенных процессов для формирования контактного провода повышенного качества. Акцент исследований в 2019 году был направлен на создание базы реологического поведения медных сплавов системы Cu-Cr, проведение виртуальных исследований на базе компьютерного моделирования методов ИПД (РКУП и РКУП с выдавливанием провода) и физические эксперименты с привлечением специализированного оборудования –комплекса физического моделирования Gleeble 3500 для исследований процессов обработки металлов давлением. Согласно плану работ были проработаны возможные поставщики исходных материалов. Оказалось проблемой получение металла с минимальным и максимальным содержанием хрома. Промышленные сплавы на рынке имеют около 0.5 -0.7% хрома и доступны. Остальные требуют специального заказа, что и было сделано. В настоящее время все необходимые исходные материалы закуплены. Проведены аттестация химического состава, структуры и механических свойств (микротвердость) полученных материалов. В рамках оценки новизны и актуальности проводимых исследований проведен анализ и составлен отчет о патентных исследованиях по теме «Способы деформационной термической обработки низколегированных медных сплавов с использованием совмещенных методов воздействия для получения полуфабрикатов с ультрамелкозернистой структурой материала» Большой объем исследований посвящен моделированию процесса РКУП и РКУП с выдавливанием провода. Большую роль играет правильный выбор методических подходов, которые были описаны и обоснованы. При моделировании важная роль отводится адекватности разрабатываемых твердотельных моделей с реальной технологической оснасткой и физико-механическими свойствами деформируемых материалов. Поэтому было проведено обоснование базовых параметров и конструктивных особенностей разработанных моделей. На основе поставленных задач и направлений исследований были выбраны варьируемые параметры деформационных процессов. Совокупность полученных данных позволила определить граничные условия и принятые допущения, действующие при моделировании исследуемых процессов. Отдельная работа была посвящена исследованию реологического поведения исследуемых материалов с привлечением исследовательского комплекса физического моделирования Gleeble 3500. В рамках этого исследования была изготовлена серия высокоточных образцов на осадку из сплава Cu-Cr с привлечением участка механической обработки. Проведены экспериментальные работы с вариацией температур и скоростей обработки. Полученные данные систематизированы и введены в виде кривых упрочнения в базу данных программного обеспечения комплекса Deform 3D. С использованием полученной базы данных проведено моделирование процесса ИПД методом РКУП образцов из сплава Cu-Cr с варьированием параметров обработки (температуры 20, 400 и 800 °С и скорости деформирования 3, 30 и 300 мм) с подробной оценкой и анализом напряженно-деформированного состояния (НДС), силовых параметров и тепловых эффектов. Выбраны параметры наиболее рациональный режима обработки (на данном этапе исследований) РКУП с выдавливанием провода, исходя из минимизации влияния теплового эффекта деформации. Проведено математическое моделирование этого процесса с развернутым анализом НДС и тепловых эффектов. Проведены оценки использования полученных данных для физического эксперимента. В рамках обеспечения физического эксперимента по изучению теплового эффекта проведен ряд работ по совершенствованию деформирующего инструмента и его адаптации к исследованию тепловых эффектов деформации. В этом ключе был разработан модифицированный вариант лабораторной оснастки для исследования процесса РКУП с выдавливанием провода позволяющий контактными и бесконтактными методами измерять и оценивать тепловые параметры обработки. Полученный объем виртуальных исследований и техническая подготовка экспериментальных работ позволила разработать методические подходы для проведения дальнейших исследований с привлечением физических экспериментов. Подготовленные методические материалы позволили спланировать и провести на установке Gleeble 3500 эксперименты по изучению теплового эффекта в условиях осадки образцов и изучению его влияния на структурные изменения и физико-механические свойства деформированных образцов. На основе проведенного комплексного анализа установлены зависимости количественных структурных параметров от температуры и скорости деформирования. Показано, что более измельченная структура формируется при меньших скоростях и температуры деформирования. С использованием EBSD анализа показано, что с понижением температуры деформирования происходит увеличение суммарной доли мало- и среднеугловых границ, формируется структура зеренно-субзеренного типа. Деформация при более высоких исходных температурах обеспечивает более полный распад твердого раствора, о чем свидетельствуют данные электропроводности материала и значения параметра решетки, полученные методом РСА. При помощи ПЭМ проведен качественный анализ микроструктуры образцов.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Во второй год реализации проекта проведен комплекс исследований, направленный на изучения тепловых эффектов и структурных особенностей при термомеханической обработке малолегированной хромой бронзы. Проведены работы по получению исходного состояния образцов трех сплавов, используя высокотемпературный нагрев и закалку в воду. Исследованы структурное состояние и физико-механические свойства образцов. Установлены закономерности концентрации твердого раствора от степени легирования сплавов и изучены особенности формирования структуры при РКУП. В частности установлено, что при малом содержании хрома (0.2%вес.) в медном сплаве системы Cu-Cr при РКУП будут развиваться процессы полигонизации. Увеличение содержания хрома ведет к улучшению термостабильности сплавов системы Cu-Cr при пост-деформационном старении. Проведены виртуальные исследования процессов ИПД (РКУП и РКУП конформ, в том числе совмещенных с формированием контактного провода) с использованием численного моделирования в пакете Deform 3D для оценки тепловых эффектов и показателей напряженно-деформированного состояния в процессе обработки. Установлены взаимосвязи тепловых эффектов со скоростными и исходными тепловыми условиями обработки. С использованием методик численного моделирования методом конечных элементов было показано, что при увеличении скорости деформирования при РКУП существенно возрастает интенсивность деформационного разогрева. Так увеличение скорости с 10 мм/с до 320 мм/с приводит к повышению температуры в очаге деформации в 1.9 раза, до 180 °C. Установлено, что при скоростях деформирования 10 и 320 мм/с методом РКУП в сплаве Cu-1.1Cr схожая полосовая фрагментированная структура, а также происходит процесс деформационно-стимулированного распада твердого раствора. Модернизация оснастки РКУП позволила провести исследования тепловых полей при обработке в условиях физического эксперимента и проведены экспериментальные работы по изучению деформационных особенностей и тепловых эффектов. Проведены экспериментальные работы по оценке тепловых эффектов при РКУП и РКУП конформ, совмещенных с формированием контактного провода. Методами компьютерного моделирования установлено, что разогрев заготовки в момент формирования профиля достигает ~470°С. Полученные результаты термометрирования в физических экспериментах показывают хорошую сходимость с результатами компьютерного моделирования. Установлены тепловые условия обработки для этих процессов и исследованы особенности структурных состояний.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В 3 год реализации проекта фокус работ сводился к получению лабораторных образцов контактного провода с повышенным комплексом функциональных свойств (прочность и электропроводность). В течении года проведено компьютерное моделирование с целью определения и анализа НДС и тепловых полей образцов контактного провода получаемого в процессе высокопроизводительного метода ИПД со скоростями соизмеримыми с производственными. В частности установлено, что обработка заготовки по совмещенной схеме РКУП-Конформ с формообразованием провода в условиях скоростной обработки (V=300 мм/c) подвержена высокому деформационному разогреву вплоть до 800 °С, даже при идеализированном охлаждении оснастки до 20 °С. Моделирование условий, приближенных к реальным (Тисх.заг.=450 °С, Тосн.=400 °С, V=60 мм/сек), показывает, что несмотря на снижение скорости с 300 мм/с до 60 мм/с максимальная температура в области очага деформации РКУП в процессе обработки превышает 700 °C, при этом, стоит отметить, что температура имеет сильно неоднородное распределение. Так разница между минимальным и максимальным значением превышает 200 °С. Температура заготовки на выходе имеет довольно равномерное распределение и находится в диапазоне 520-570 °C. Однако данный температурный режим выходит за пределы допустимых 500 °С, что делает обработку в таких условиях затруднительной. Сквозное моделирование РКУП-Конформ в комбинации с профилирующей прокаткой показывает, что разделение операций РКУП-Конформ и формообразования провода позволяет выдержать необходимый температурный режим процессе обработки (диапазон 450-500 °С). При этом повышение скорости до 300 мм/с не ведет к значительному или лавинообразному росту температуры (температура находится в диапазоне 500 °С), что делает эту схему более предпочтительной в производственных условиях. Напряженное состояние в обоих случаях является «мягким», с преобладающими сжимающими напряжениями. Однако, в случае совмещенной обработки РКУП-Конформ с формообразованием, максимальный крутящий момент на рабочем колесе при данных температурно-скоростных условиях составляет 55-65 кН*м, что в 5 раз выше, чем при схеме с комбинацией РКУП-Конформ и прокатки, где требуемый момент составляет 11-13 кН*м. По результатам компьютерного моделирования определена схема и температурно-скоростные режимы термомеханической обработки сплава Cu-1.1Cr с последующим получением длинномерных с профилем контактного провода. Благодаря идентификации структурно-фазового состояния образцов контактного провода и определения их свойств были выбраны рациональные режимы термомеханической обработки. Повышенный комплекс свойств –предел прочности 590 МПа и электропроводность 75% IACS, достигается путем деформационной обработки методом РКУП-конформ скоростью деформирования 60 мм/с с температурой колеса 400 °С и температурой заготовки 450 °С с последующим её формообразованием в профильных валках. Установлены зависимости формирования структуры от скорости РКУП. В частности установлено, что после 1 цикла прессования происходит существенный наклеп, измельчение структуры, формирование высокой плотности дислокаций вплоть до 1014м -2. Сравнивали результаты после деформировния при 60 мм/с и 320 мм/с. При скорости 60 мм/с формируются более совершенные границы фрагментов, более высокая плотность дислокаций, и, соответственно, с несколько более высокими значениями предела прочности. Увеличение скорости деформирования до 320 мм/с приводит к некоторому снижению прочности, на 20-40 МПа. Установлено влияние скорости постдеформационного охлаждения на структурные изменения в образцах. Так показано, что скорость охлаждения с 450 °С после 1 цикла РКУП-конформ не приводит к разнице между формируемым структурным состоянием. Напротив, при охлаждении с температуры 850 °С скорость оказывает более активное влияние на конечное структурно-фазовое состояние образцов.