» » Стадии разработки материалов и технологий
25.01.2015

Самый простой на первый взгляд (но в конечном итоге и наиболее затратный и рискованный) подход к разработке новых промышленных технологий и продуктов:
— получение информации (обычно недостаточной);
— предположение о том, как это можно сделать или сделано у других (плюс статистика собственного производства);
— промышленное опробование.
Оптимальный подход длиннее, но с большой степенью вероятности и меньшими затратами приведет к успеху:
— информация;
— математическое моделирование процесса;
— лабораторный эксперимент (плюс статистика);
— лабораторное воспроизведение;
— промышленные эксперименты;
— промышленное опробование.
В последние десятилетия металловеды получили в свои руки значительное количество инструментов, помогающих осуществлять разработку новых материалов и технологий. Среди них следует перечислить следующие, на наш взгляд, очень важные.
1. Математическое моделирование процессов, которое можно рассматривать в качестве первой стадии лабораторного эксперимента. Имеются в виду модели, в основу которых заложена физическая основа (физические процессы, происходящие в материале). Разработаны различные модели: процессов, происходящих в жидкой стали, кристаллизации непрерывнолитой заготовки (и мягкого обжатия); структурообразования и формирования свойств стали при горячей деформации и последующем охлаждении; тепловая модель (тепловые поля в материале при различных условиях охлаждения), структурообразования при термообработке, многодуговой сварки, включая процессы в околошовной зоне. На примере моделей структурообразования и формирования свойств стали при горячей деформации и последующем охлаждении, которые рассматриваются ниже, можно выделить следующие основные блоки:
— рост зерна аустенита;
— рекристаллизация;
— выделение карбонитридных фаз;
— распад аустенита;
— расчет свойств проката на основании данных о структуре.
2. Имитация различных процессов с применением лабораторного оборудования, нагрева, деформации и др., что дает возможность имитировать, например, реальные технологические схемы производства продукции, например нагрев, многостадийную деформацию, охлаждение по заданной схеме. В результате получаем образец (обычно небольших размеров) для исследования структуры, но в ряде случаев есть возможность определить и механические свойства.
Первая стадия — определение основных параметров (критических точек стали), определяющих процессы формирования структуры: кинетику роста зерна при нагреве, кинетику рекристаллизации горячедеформированного аустенита (температура остановки рекристаллизации), критические точки и кинетика (γ-α)-превращения и др.
Вторая стадия — реализация технологической схемы с помощью лабораторного оборудования.
3. Лабораторное воспроизведение процессов базируется на результатах предыдущей стадии и обычно включает в себя проведение лабораторных плавок выбранного химического состава, разработку технологических параметров, максимально приближенных к условиям промышленного оборудования и реализацию их в условиях лабораторного оборудования (например, прокатного стана). Эта стадия уже позволяет оценить не только структуру, но и комплекс механических свойств.
4. Эксперименты в промышленных условиях. Последний шаг перед опытным производством, предусматривающий варьирование состава и технологических параметров с целью оптимизации структуры и свойств проката.