AZ ANYAGTULAJDONSÁGOK ÉS AZ ALAKÍTÁSTECHNOLÓGIA KAPCSOLATAI

Voith Márton
Miskolci Egyetem

Az anyagtudományok fejlődése új minőségi perspektívákat nyitott meg az ipar életében, amelyek értelemszerűen a képlékenyalakítás szakterületét is sok vonatkozásban új feladatok elé állították. A képlékenyalakítás, mint a fémek tulajdonságait javító és megjelenési formáját meghatározó művelet, a messze távlatban is biztosan megtartja jelentőségét. Ezt az állítást elfogadhatjuk, mivel az alapanyagoktól egyre inkább egyes tulajdonságokat - és nem elsősorban kémiai összetételt - kívánnak meg a felhasználók. Az alakítási művelet paramétereinek célszerű megválasztásával viszont pontosan beállítható különleges tulajdonságok érhetők el.

A képlékenyalakítási kutatások során egyik fő célkitűzés a félgyártmány-előállítás technológiáinak optimalizálása, annak vizsgálata, hogy e technológiák milyen célfüggvények (pl. gazdasági, minőségi, mennyiségi, stb. paraméterek) szerint hajthatók végre a technológiai paraméterek minél magasabb szintű összhangjával. Ennek illusztrálására egy-egy példa: hideghengerléskor a szúrásonkénti alakváltozás nagysága és az alakítási sebesség közötti összhang törvényének be nem tartása a minőségi paraméterek (belső feszültség, síkfekvés) romlását jelenti; vagy például meleghengerléskor a hengerlési hőmérséklet megválasztása a fajlagos energiafelhasználást is jelentősen befolyásolja. Ezen összhang alapján a technológiák optimalizálhatóságára vonatkozó célfüggvények kimunkálása (pl. azonos nagyságú összes alakváltozás mellett az összes fajlagos energiafelhasználás, vagy az összes fajlagos költség minimalizálása; a legnagyobb órateljesítmény megvalósítása; adott mechanikai paraméterek elérése ötvözőanyag nélkül stb.), és ezek alapján vagy egy adott gépi berendezésen megvalósítható konkrét technológia számítógéppel segített kidolgozása, vagy az egyes célfüggvényekkel meghatározott optimumok elérését lehetővé tevő gépi berendezés fő alapadatainak a kimunkálása sorolható a fontosabb célkitűzések közé. Néhány konkrét kutatási eredmény:

Acélprofilok meleghengerlése. E témakörben olyan számítógéppel segített rugalmas mérnöki tervező rendszert sikerült kialakítani, amelynek segítségével valamely konkrét hengersoron (gépészeti és telepítési adottságok), adott anyagminőség és készméret esetén megtervezhetők és kirajzoltathatók a szükséges üregrajzok, megvizsgálható a kiinduló alapanyag méretének a hatása, miközben az izzítási véghőmérséklet (azaz a hengerlési kezdőhőmérséklet) optimalizálható úgy, hogy a fajlagos összes energiaráfordítás (hő- és villamos) a minimális legyen. Ezáltal olyan rugalmas gyártás valósítható meg, amelynél a kívánt mechanikai tulajdonságokkal rendelkező késztermék többféle kémiai összetételű alapanyagból is gyártható, csökkentve ezzel a raktáron tartandó alapanyag-választékot. Adott anyagminőség esetén “optimális” mechanikai tulajdonságokat (pl. növelt folyáshatár és ütőmunka, csökkent átmeneti hőmérséklet stb.) lehet elérni pusztán a hengerlés-technológiai paraméterek optimális összehangolásával. Értelemszerűen a termelési kapacitás esetenként csökkenhet, viszont pl. már az ötvözőelem-megtakarítás is kompenzálja ezt, és a jobb tulajdonságú termék drágábban adható el.

Szélesszalag meleghengerlése. Egy folytatólagos készsorba befutó illetve a készsorból kilépő szalag hőmérséklete és a csévélési hőmérséklet szempontjából a szabályozott hőmérsékletvezetésű hengerlési technológia alkalmazása újabb, az említett szempontokon túlmenő megkötöttségeket is jelent. Például a fémtani folyamatok lejátszódásához szükséges idő, hőmérséklet és alakváltozás betartása elsőrendű fontosságú. Egy komplex optimalizálási feladatból tehát a minőségi paraméterek tervezése sem hagyható ki: A mechanikai tulajdonságokat - adott kémiai összetétel esetén - elsősorban az utolsó alakítás (szúrás) hőmérséklete szabja meg, mivel az alakváltozás nagysága az utolsó (kész) szúrásban a kívánt alakhűségtől (lencsésségtől) függ és alig variálható. Az alakváltozási sebesség sem jelent a mechanikai tulajdonságokban számottevő változást, tehát a hengerlési végsebességet nem a megkívánt mechanikai tulajdonságok elérése, hanem sokkal inkább a hengersor gépészeti adottságai és a hűtési optimalizálás eredménye szabja meg. A folytatólagos sori készállványából kilépő szalag hőmérséklete a folytatólagos sor, az előnyújtási, sőt még az izzítási technológiától is függ, azaz egyetlen célfüggvénnyel nem írható le az adott termék esetén betartandó véghőmérséklethez tartozó valamennyi technológiai paraméter.

Kulcsfontosságú paraméter a hengerlési véghőmérséklet és a csévélési hőmérséklet, ezért tehát a technológia komplex optimalizálását a tényleges technológia időbeli lefolyásával ellentétben éppen fordított sorrendben célszerű lefolytatni. A meleghengerműből kibocsájtott késztermék: a szalagtekercs megkívánt mechanikai, méret és alaktulajdonságainak a biztosítása alapvetően fontos szempont; ezt azonban több, sőt sokféle rész-technológiai lépésen keresztül is el lehet (kell!) érni. Ezek közül a számunkra optimálisat kell kiválasztani.

Színes és könnyűfémek kisajtolása. Minden anyagminőségre és profilra megtervezhető az optimális kisajtolási kezdőhőmérséklet, és ezáltal a fajlagos energiaigény minimalizálható; megtervezhető az optimális sebesség--idő függvény, ezáltal biztosítható az izoterm kisajtolás, vagyis az, hogy a kilépő szál hossza mentén a mechanikai tulajdonságok tűrésmezeje szűk legyen. A nemesíthető alumíniumötvözetekre - minden profilra külön-külön - megtervezhető az a “kezdőhőmérséklet-kisajtolási sebesség” értékpár, amely biztosítja a sajtolási melegből történő edzést (nem kell a terméket újra felmelegíteni és nem kezdődik meg a szegregáció, tehát nagyobb lesz pl. a folyáshatár).

A pilger-rendszerű varratnélküli acélcsőgyártás technológiájának optimalizálása keretében egy újszerű, ún. “felgyorsításos” technológiát dolgozunk ki, amely egyrészt a hengerelt szál hossza mentén szűk hőmérsékletváltozást és ezzel a mechanikai tulajdonságok állandóságát biztosítja, másrészt alkalmazásával elhagyható az utólagos hőkezelés. Ehhez kapcsolódóan kialakítottunk egy újszerű, lineáris motorral vezérelt etetőkészüléket, amely a felgyorsításos technológiát segíti.