Согласно данным Росстата, за последние три года выпуск металлов в России вырос на 100,9%, а выпуск металлоизделий – на 193,9%. В сегодняшнем дайджесте технологий сохранения энергии рассказываем вам о новых технологиях российских ученых в металлургической отрасли.
Технология печати металлов
Ученые Уральского федерального университета разработали отечественную технологию 3D-печати магнитных материалов. Ожидается, что теперь можно будет печатать уникальные изделия с управляемыми свойствами для высокотехнологичных отраслей.
Обычно магнитомягким материалом для печати выступает электротехническая сталь. Ее выплавляют, прокатывают, полученный лист покрывают слоем изоляции, а потом вырезают элементы нужной формы, из которых собирают конструкцию. Для серийного производства этот способ хорош, но для уникальных изделий не очень подходит. Поэтому ученые решили взять металлический порошок и послойно сплавить его с помощью лазера. Таким образом, можно сразу создавать нужные формы.
Кроме формы, ученые также создали разные сочетания магнитных и немагнитных материалов. Например, можно соединить токопроводящий участок и изолирующий, либо объединить магнитомягкий и магнитотвердый материалы в одном элементе вне зависимости от его размеров.
Сейчас технология отрабатывается на чистом железе, в планах ученых перейти на сплавы железа и никеля.
Технология управления свойствами металлов
Ученые университета МИСИС разработали метод, который предсказывает пористость железорудных брикетов и позволяет корректировать их свойства. Дело в том, что пористость брикетов влияет не только на способность материала пропускать газы и вступать в химические реакции, но и на прочность. Если материал слишком пористый, он будет хрупким и разрушится при перевозке или загрузке в печь. До сегодняшнего дня не было точных методов, позволяющих предсказать степень пористости и рассчитать, как состав смеси повлияет на прочность конечного продукта.
Благодаря новому алгоритму можно проанализировать, как сферические частицы разного размера уместятся в определенном пространстве, а также вычислить минимальное расстояние, необходимое для их размещения плотным слоем, и рассчитать, как добавление конкретных частиц влияет на общий объем пустот в материале. Таким образом, благодаря подбору частиц в смеси можно управлять пористостью окускованных материалов, снижать ее или повышать в зависимости от конечных целей. Ученые полагают, что в перспективе этот метод поможет оптимизировать производство сплавов и повысить качество продукции.
Прогноз поведения металлов
Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая учитывает поведение металла под нагрузкой и влияние температуры и скорости деформации на состояние конечного изделия.
В процессе производства металлических деталей материал нагревают и деформируют, чтобы получить нужные формы и характеристики. В этом процессе зерна материала меняются, может даже перестроиться вся структура целиком. И такие изменения всегда очень подробно исследуются, поскольку они важны для качества конечного изделия. Раньше эти исследования проводились методом проб и ошибок, занимали много времени и требовали серьезных финансовых вложений.
В настоящее время существуют разные компьютерные модели, позволяющие предсказать поведение металла и изменение его свойств под нагрузкой. Глобально эти модели делятся на три типа: простые – показывают общую картину без деталей, но подробностей не расскажут; сверхточные – учтут каждый мелкий дефект, но потребуют серьезных мощностей и суперкомпьютера; и промежуточные – так называемая золотая середина. Именно к последнему типу относится новая модель пермских исследователей. Эта модель спокойно запускается на обычных компьютерах, учитывает поведение зерен металла, но не грузит лишними вычислениями. Она точнее, чем уже существующие подобные модели, предсказывает поведение структуры металла при деформации, описывая поведение каждого зерна, а еще учитывает их “наследственность”. Когда в металле образуются новые зерна, они частично наследуют структурные свойства от уже существующих зерен.
Для проверки модели ученые спрогнозировали поведение чистой меди при сжатии в температурном диапазоне 450-800°С. Результаты моделирования совпадают с натурными экспериментами.
Ожидается, что новая модель будет полезна в цифровизации производства и поможет сформировать рекомендации по созданию более прочных и долговечных деталей для нефтегазовых станций и других сооружений.
