Od r. 2005 pracownicy instytutu brali udział w realizacji badań naukowych wspólnie z naukowcami z wielu krajów. Intensywna współpraca zwłaszcza z Ukrainą, Rosją czy Czechami zaowocowała opracowaniem wielu zagadnień naukowych w ramach prowadzonych projektów badawczych. Współpraca z wieloma ośrodkami z Ukrainy, między innymi Narodową Akademią Metalurgiczna Ukrainy z Dniepropietrowska, pozwoliła na opracowanie projektu i przeprowadzenie badań wysokoefektywnych procesów przeróbki plastycznej metali natomiast współpraca w dziedzinie teorii i technologii przeróbki plastycznej metali pozwoliła na opracowanie nowych i udoskonalenie istniejących technologii procesów walcowania, kucia i wyciskania. W dziedzinie walcowania opracowano parametry technologii obróbki cieplnej, konstrukcyjno – technologicznych parametrów systemów i mediów chłodzenia wraz z metodami wykorzystania do obróbek cieplnych dla wielkogabarytowych narzędzi do walcowania na gorąco, rur dla przemysłu naftowego, odlewów i odkuwek dla przemysłu wydobywczego oraz dla warunków kontrolowanego walcowania. W dziedzinie procesów wyciskania nawiązano współpracę w zakresie wyciskania stopów aluminium i magnezu zarówno w formie materiałów jednorodnych jak i bimetalowych. Również z Uniwersytetem Technicznym w Doniecku realizowany jest projekt dotyczący technologii pt.: Optymalizacja technologii procesów przeróbki plastycznej i obróbki cieplno-mechanicznej stali i stopów. W zakresie kucia swobodnego realizowany jest projekt z Donbaską Państwową Akademią Budowy Maszyn w Kramatorsku pt.: „Modelowanie i optymalizacja procesów przeróbki plastycznej, ze szczególnym uwzględnieniem procesów kucia swobodnego”. Współpraca z Rosją również dotyczyła technologii przeróbki plastycznej, a ponadto w ramach tej współpracy pojęto szeroki zakres badań własności materiałów przerabianych plastycznie. Z Państwowym Uniwersytetem Politechnicznym w Sankt – Petersburgu prowadzono badania w oparciu o projekt: „Badania parametrów procesów przeróbki plastycznej na gorąco i na zimno zapewniających powstawanie materiałów nanostrukturalnych”. Z tym samym ośrodkiem współpracowano w dziedzinie modelowania procesów przeróbki plastycznej w ramach projektu pt.: „Projektowanie nowych technologii walcowania blach grubych o wymaganych własnościach mechanicznych i eksploatacyjnych z wykorzystaniem współczesnych metod modelowania fizycznego i komputerowego”. Z Moskiewskim Instytutem Stali i Stopów pracownicy IMiAPPP opracowali projekt pt.: "Teoretyczne i fizyczne modelowanie własności reologicznych dla nowych materiałów odkształcanych plastycznie". Współpraca dotyczyła również zagadnień związanych z metaloznawstwem w ramach projektu: „Metalurgia i metaloznawstwo nowej generacji stali opartych na układzie stopowania Fe - C - N - Cr - Ni – Mn -V – Ti”. Współpracę z Republiką Czeską prowadzono głównie w oparciu o projekty badawcze realizowane z udziałem Uniwersytetu Technicznego w Ostrawie były to między innymi: Odkształcanie materiałów z pamięcią kryształu na bazie składników niemetalicznych Ni-Ti i Ni-Ti-Metal oraz analiza czynników wpływających na degradację koksu w wielkim piecu. Ponadto z Uniwersytetem Technicznym w Ostrawie podpisano umowę o współpracy dydaktyczno-naukowej. W ramach badań statutowych prowadzonych przez IMiAPPP w roku 2009 były i są prowadzone intensywne prace nad:

  • modelowaniem numerycznymi, fizycznymi oraz doświadczalnymi symetrycznego i asymetrycznego procesu walcowania wyrobów płaskich,
  • badaniami związanymi z automatyzacją procesu walcowania wyrobów płaskich,
  • badaniami eksperymentalnymi i numerycznymi dotyczących zmian własności i mikrostruktury w procesie walcowania,
  • opracowaniem systemu sterowania procesem wydłużania w procesie walcowania prętów i kształtowników,
  • modelowaniem i optymalizacją procesów kucia i wyciskania,
  • modelowaniem numerycznym i doświadczalnym badanie procesów ciągnienia drutów i rur oraz kształtowanie wyrobów z drutu

 W IMiAPPP w latach 2005-2010 realizowano badania własne w tym zakresie rozpoczęto i kontynuowano prace związane z:

  • badaniami zmian mikrostrukturalnych i własności wyrobów przerabianych plastycznie (walcowanie kucie, ciągnienie),
  • opracowaniem procesu wytwarzanie materiałów o strukturze ultradrobnoziarnistej i nanometrycznej w procesach przeróbki plastycznej,
  • badaniami nad określeniem wpływu opóźnionych efektów lepkosprężystych na stan naprężeń, stan odkształceń oraz krzywiznę walcowanych blach bimetalowych,
  • badaniami numerycznymi i fizycznymi regulowanego procesu walcowania,
  • badaniami numerycznymi procesu walcowania wyrobów kształtowych,
  • fizycznym i numerycznym modelowaniem procesów kształtowania thixotropowego,
  • badaniami nad określeniem wpływu metod wytwarzania drutów kordowych stosowanych do zbrojenia opon samochodowych i węży ciśnieniowych na ich wytrzymałość i trwałość zmęczeniową.

Wyniki prowadzonych prac w ramach badań statutowych i własnych były prezentowane na konferencjach krajowych i zagranicznych oraz w czasopismach między innymi z listy Filadelfijskiej oraz czasopismach o zasięgu krajowym i międzynarodowym. Oprócz badań statutowych i własnych w latach 2005÷2010 pracownicy IPPiIB realizowali następujące projekty celow:

- projekt celowy Nr 6 T08 2003 C/06121 „Optymalizacja technologii wytapiania stali w łukowym piecu elektrycznym i ciągłego odlewania stali oraz uruchomienie nowych asortymentów wyrobów długich" w CMC Zawiercie S.A.

Celem projektu było opracowanie technologii produkcji nowych asortymentów stalowych wyrobów walcowanych – płaskowników 50x4 mm oraz prętów żebrowanych o średnicach f8 i f40 mm. W ramach projektu przygotowano propozycję poprawy i unowocześnienia istotnych elementów ciągu technologicznego – od przygotowania wsadu, wytapiania stali w łukowym piecu elektrycznym, ciągłego odlewania stali poprzez procesy walcowania oraz sterowania własnościami wyrobu gotowego. Do modelowania przestrzennego stanu odkształcenia prętów podczas walcowania, wykorzystano własny program komputerowy SortRoll. Zastosowanie tego programu do warunków lokalnych walcowni CMC Zawiercie S.A. pozwoliło zmniejszyć koszt kalibrowania walców oraz wdrożyć technologie walcowania nowych wyrobów. Celem poprawy dokładności wymiarowej (walcowanie w wąskim polu odchyłek wymiarowych) wyrobów gotowych, przeprowadzono dokładną analizę przyczyn powstawania tych odchyłek z uwzględnieniem zmian naciągu pasma oraz warunków kształtowania pętli między klatkami walcowniczymi. Za pomocą systemu GLEEBLE 3800 oraz plastometru DIL 805 A/D wyznaczono charakterystyki plastyczno-wytrzymałościowe wytypowanych gatunków stali w celu umożliwienia sterowania własnościami wyrobów gotowych na etapie ciągłego odlewania wlewków oraz walcowania. Opracowana w ramach projektu nowa technologia produkcji stalowych wyrobów walcowanych spowodowała wzrost aktualnej oferty asortymentowej CMC Zawiercie na krajowym i międzynarodowym rynku wyrobów długich.

- projekt celowy Nr 6T08 2004C/06386 „Optymalizacja i uruchomienie nowej technologii walcowania prętów z wzdłużnym rozcinaniem pasma w ciągu walcowniczym" w CMC Zawiercie S.A.
W ramach projektu opracowano nowe technologie walcowania ciągłego prętów żebrowanych z wzdłużnym rozcinaniem pasma w czasie procesu, w celu zwiększenia wydajności walcowni i obniżenia kosztów produkcji, jak i zapewnienia wymaganej jakości wyrobów gotowych o podwyższonych własnościach. Zastosowanie własnych oraz komercyjnych programów dla warunków walcowni średniej prętów w CMC Zawiercie S.A., w zakresie projektowania technologii procesów, pozwoliło na opracowanie technologii walcowania prętów żebrowanych z wzdłużnym rozdzielaniem pasma podczas procesu walcowania Ф8 mm, Ф 10 mm, Ф 12 mm, Ф 14 mm, Ф 16 mm i Ф 20 mm przy minimalnej liczbie prób laboratoryjnych i przemysłowych, co pozwoliło zmniejszyć koszty wdrażania kalibrowania walców i technologii walcowania. Uruchomienie produkcji prętów żebrowanych o średnicach Ф8, Ф10 i Ф12 mm w technologii czterożyłowej, prętów żebrowanych Ф14 i Ф16 mm w technologii trójżyłowej oraz prętów żebrowanych Ф20 mm w technologii dwużyłowej z wzdłużnym rozcinaniem pasma, w porównaniu z dotychczas stosowaną technologią, spowodowało znaczny (od 30 do 50%) przyrost wydajności produkcyjnej walcowni, zmniejszenie strat energii elektrycznej na odkształcanie metalu (od 20 do 35%), zmniejszenie zużycia gazu (od 5 do 15%), zmniejszenie zgaru metalu podczas nagrzewania i zmniejszenie ilości zgorzeliny powstającej podczas walcowania.

- projekt celowy Nr 6 T08 2004 C/065326 pt.: „Opracowanie i wdrożenie numerycznych modeli walcowania normalizującego blach grubych na podstawie doświadczeń techno­logicznych huty oraz wyników symulacyjnych i eksperymentalnych do systemu sterowania procesem walcowania".
W ramach projektu opracowano i wdrożono w Walcowni Blach Grubych ISD Huty Częstochowa Sp. z o.o., technologię walcowania normalizującego blach grubych. W technologii tej zaproponowano walcowanie według ściśle dobranych pa­rametrów (temperatura, wielkość i szybkość odkształceń w poszczególnych przepustach). Zastosowanie nowej technologii walcowania blach spowodowało obniżenie kosztów związa­nych z produkcją blach i pozwoliło na rozszerzenie asortymentu wyrobów produkowanych przez WBG ISD Huty Częstochowa Sp. z o.o. Opracowana technologia została włączona do systemu sterowania procesem walcowania blach.

- projekt celowy Nr 6 ZR9 2006C/06753 pt.: „Uruchomienie nowego sposobu walcowania prętów z wlewków ciągłych kwadratowych o boku 150 mm oraz produkcji walcówki o średnicy 13,0+14,5 mm i nowego asortymentu prętów normalizowanych w ciągu walcowniczym".
W ramach projektu opracowano i wdrożono nową technologię walcowania ciągłego prętów okrągłych o średnicach 12÷15 mm, prętów żebrowanych o średnicy 8 mm produkowanych w technologii czterożyłowej, prętów kwadratowych o wymiarach od 10 do 14 mm oraz prętów płaskich o zakresie wymiarowym od 25x5 mm do 35x20 mm. W wyniku realizacji projektu w oddziale walcowni walcówki będzie uruchomiona produkcja nie produkowanej dotychczas walcówki o średnicach od 13,0 mm do 14,5 mm, przeznaczonej do dalszego przerobu plastycznego na zimno. Uruchomienie produkcji nowych asortymentów prętów okrągłych i płaskich, normalizowanych w ciągu walcowniczym wpłynie na powiększenie zakresu usług i produktów oferowanych przez firmy będące odbiorcami wyrobów CMC Zawiercie S.A., a tym samym zwiększy ich konkurencyjność.

Wyniki badań prowadzonych w ramach ww. projektów celowych wdrożono w wiodących krajowych hutach: CMC Zawiercie SA, ISD Częstochowa Sp. z o.o. Zastosowanie wyników projektów celowych oraz realizowanych zleconych prac badawczych zwiększyło konkurencyjność ww. zakładów przemysłowych. Obecnie ISD Częstochowa Sp. z o.o. jest czołowym producentem blach grubych, a CMC Zawiercie S.A. wyrobów długich na krajowym rynku wyrobów hutniczych.

W roku 2005 pracownicy IPPiIB uzyskali środki finansowe na realizację badań w ramach projektu badawczego pt.: "Modelowanie i optymalizacja stanu cieplnego i mechanicznego we wlewkach ciągłych celem zmniejszenia powstawania pęknięć podczas ich odlewania". W ramach projektu opracowano model komputerowy przewidujący zachowanie się metalu w urządzeniu COS. Na podstawie opracowanego modelu wykonano oprogramowanie służące do optymalizacji procesów zachodzących podczas ciągłego odlewania stali uwzględniające stan cieplnomechaniczny oraz prawdopodobieństwo powstawania wzdłużnych i poprzecznych pęknięć zewnętrznych. Dalsze badania obejmowały fizyczne modelowanie procesu odlewania za pomocą symulatora GLEEBLE 3500. Opracowany w ramach projektu badawczego model komputerowy, po zweryfikowaniu w symulacjach fizycznych, pozwoli na optymalizację procesów ciągłego odlewania stali celem zmniejszenia prawdopodobieństwa powstawania wad w postaci pęknięć zewnętrznych (wzdłużnych i poprzecznych).

W roku 2007 rozpoczęto realizację dwóch projektów badawczego na temat:

- „Opracowanie technologii wytwarzania prętów żebrowanych bimetalowych o zwiększonej odporności na korozję”. Celem projektu było opracowanie technologii wytwarzania prętów żebrowanych bimetalowych, w których rdzeń był wykonany ze stali konstrukcyjnej węglowej C45, a warstwa platerująca ze stali odpornej na korozję 00H18N10. Do wytworzenia wsadu – okrągłego pręta bimetalowego zastosowano trzy metody: metoda zgrzewania wybuchowego, metoda walcowania w trójwalcowej walcarce skośnej oraz metoda cieplnego natryskiwania powłok. W ramach projektu opracowano kalibrowanie walców, zapewniające otrzymanie prętów żebrowanych bimetalowych o równomiernej i pozbawionej pęknięć warstwie platerującej.

- Optymalizacja warunków technologii ciągłego odlewania wlewków o przekrojach prostokątnych i kwadratowych ze szczególnym uwzględnieniem problematyki powstawania pęknięć wewnętrznych i powierzchniowych”. W ramach projektu tworzony jest trójwymiarowy model matematyczny procesu COS z uwzględnieniem ruchu ciekłej fazy, naprężeń powstających wewnątrz naskórka oraz efektów użycia mieszadła elektromagnetycznego. Opracowany model umożliwi określenie wpływu zmian nastaw parametrów technologicznych na proces odlewania oraz efektów zainstalowania mieszadła elektromagnetycznego. Model ten jest weryfikowany w warunkach przemysłowych. Na podstawie wyników symulacji numerycznej i badań metalograficznych, wyznaczone zostaną optymalne zakresy zmienności parametrów technologicznych procesu, dla których nie następuje zjawisko pękania. Na tej podstawie zostaną opracowane wytyczne i zalecenia mające na celu poprawę jakości wlewków ciągłych z badanych gatunków stali, ze szczególnym uwzględnieniem minimalizacji ilości występujących pęknięć. Przeanalizowane zostaną możliwości rozbudowy i modernizacji urządzenia COS, np. poprzez zainstalowanie mieszadła elektromagnetycznego.

Od roku 2008 pracownicy IPPiIB biorą udział w realizacji projektu rozwojowego pt.: „Opracowanie podstaw przemysłowych technologii kształtowania struktury i właściwości wyrobów z metali i stopów z wykorzystaniem metod symulacji fizycznej i numerycznej”. Projekt ten realizowany jest przez konsorcjum, w którego skład wchodzą: Instytut Metalurgii Żelaza jako koordynator, Politechnika Częstochowska, Politechnika Śląska, Akademia Górniczo-Hutnicza i Politechnika Warszawska. Głównym celem realizowanego projektu jest opracowanie technologii przeróbki cieplno-plastycznej wybranych gatunków stali, gwarantujących uzyskanie odpowiedniej jakości wyrobów gotowych, charakteryzujących się możliwie wysokimi wytrzymałościami przy zachowaniu dobrej plastyczności i odporności na oddziaływania udarowe. Do badań zostały wytypowane trzy grupy gatunków stali: niestopowa, superdrobnoziarnista stal konstrukcyjne, konstrukcyjna stal wielofazowa oraz eksperymentalna, wysokowęglowa, stopowa stal bainityczna. Zakres prac realizowanych w ramach projektu przez IMiAPPP został podzielony na pięć części. W ramach pierwszego etapu realizowano numeryczne i fizyczne symulacje przemian fazowych zachodzących w stali podczas ciągłego chłodzenia i izotermicznego wygrzewania. Badania numeryczne przeprowadzono za pomocą komercyjnego programu komputerowego TTSteel, natomiast symulacje fizyczne za pomocą dylatometru z przystawką ściskającą DIL 805 A/D. Prowadzone prace dotyczyły wszystkich trzech grup analizowanych w projekcie gatunków stali. W oparciu o przeprowadzone badania zostały opracowane wykresy CTPi, CTPc oraz OCTPc. Drugi i trzeci etap prowadzonych prac obejmował testowanie i weryfikację numerycznych modeli walcowania blach i prętów z superdrobnoziarnistej stali konstrukcyjnej oraz wysokoweglowej stali bainitycznej. Modele walcowania opracowane zostały w Politechnice Ślaskiej, natomiast w IMiAPPP zostały zaimplementowane do programu Forge 2009. Podczas badań przeprowadzono analizę skuteczności przewidywania przez opracowane modele stanu odkształcenia i warunków płynięcia stali dla warunków półprzemysłowej linii walcowniczej uruchomionej w Instytucie Metalurgii Żelaza. W czwartym etapie prac za pomocą nowoczesnego urządzenia Gleeble 3800 przeprowadzono fizyczne symulacje walcowania blach z superdrobnoziarnistej stali konstrukcyjnej i wysokowęglowej stali bainitycznej. Podczas symulacji prowadzonych dla stali superdrobnoziarnistej badano wpływ warunków walcowania regulowanego z przyspieszonym chłodzeniem bezpośrednio po walcowaniu na strukturę i własności stali po schłodzeniu do temperatury otoczenia. Podczas testów analizowano różne schematy odkształceń, różne temperatury końca cyklu odkształceń, szybkości przyspieszonego chłodzenia, czas przerwy pomiędzy końcowym odkształceniem i rozpoczęciem przyspieszonego chłodzenia oraz różne temperatury końca przyspieszonego chłodzenia. Na podstawie przeprowadzonych badań określono optymalne warunki walcowania i chłodzenia blach zarówno dla walcowni nawrotnych, jak i ciągłych, gwarantujące maksymalne rozdrobnienie ziarna ferrytu i uzyskanie struktury ferrytyczno perlitycznej. Podczas symulacji fizycznych uzyskano rozdrobnienie ziarna ferrytu do około 4 μm w warunkach odpowiadających walcowaniu w walcowni nawrotnej i poniżej 2 μm dla warunków występujących w walcowni ciągłej. Badania dotyczące wysokowęglowej stali bainitycznej obejmowały wyznaczenie ciągliwości tej stali w zakresie temperatur i prędkości odkształceń występujących w warunkach walcowania blach grubych w walcowniach nawrotnych oraz symulacje fizyczne procesu walcowania z uwzględnieniem sposobu chłodzenia stali po odkształceniu. Badana stal jest stopem eksperymentalnym, którego własności końcowe – bardzo wysoką wytrzymałość na rozciąganie (około 1,5 GPa) przy zachowaniu dobrej plastyczności – uzyskuje się podczas długotrwałej, niskotemperaturowej obróbki cieplnej. Celem badań było zatem określenie warunków chłodzenia z temperatury końca walcowania do temperatury otoczenia lub do temperatury wykańczającej obróbki cieplnej w taki sposób, aby zachować w strukturze możliwie dużą ilość austenitu szczątkowego. Ostatnim piątym etapem prac było określenie optymalnych warunków walcowania prętów z superdrobnoziarnistej stali konstrukcyjnej. Badania przeprowadzono również za pomocą symulatora Gleeble 3800, a analizie poddano, podobnie jak w etapie czwartym, różne schematy odkształcenia i temperatury końca walcowania, różne szybkości przyspieszonego chłodzenia po ostatnim odkształceniu, czas przerwy przed rozpoczęciem przyspieszonego chłodzenia i temperaturę końca przyspieszonego chłodzenia. Badania symulacyjne przeprowadzono dla warunków odpowiadających walcowaniu w walcowniach liniowych oraz w układach ciągłych. Na podstawie przeprowadzonych eksperymentów określono warunki walcowania i chłodzenia prętów, gwarantujące uzyskanie produktu końcowego o strukturze ferrytyczno perlitycznej z rozdrobnieniem ziarna ferrytu poniżej 2 mm.

W roku 2009 pracownicy IPPiIB uzyskali środki finansowe z Ministerstwa Nauki na realizację projektu badawczego pt.: „Opracowanie metodyki otrzymywania materiałów o strukturze ultradrobnoziarnistej i nanometrycznej poprzez naprzemienne wyciskanie i ściskanie wieloosiowe”. Projekt obejmuje badania numeryczne i symulacje fizyczne procesów przeróbki materiałów z dużymi odkształceniami plastycznymi, które umożliwią akumulację odkształcenia, a tym samym spowodują znaczne rozdrobnienie mikrostruktury. Badania numeryczne prowadzone będą przy użyciu oprogramowania do termomechanicznej analizy procesów przeróbki plastycznej Forge 2009 opartego o Metodę Elementów Skończonych. Zaproponowana w projekcie metoda naprzemiennego wyciskania przeciwbieżnego i wieloosiowego ściskania, charakteryzuje się występowaniem w przerabianym plastycznie materiale stanów odkształcenia podobnych do występujących w procesach przepychania przez kanał kątowy oraz cyklicznego wyciskania ściskającego. Przeprowadzone wstępne badania numeryczne wykazały, że połączenie procesu wyciskania i wieloosiowego ściskania zapewnia akumulację odkształcenia, jednak skuteczność procesu zależna jest od kształtu i wymiarów stempli, które powinny zapewniać możliwie równomierny rozkład odkształceń. Dalsza analiza procesu będzie obejmowała określenie optymalnych kształtów i wymiarów narzędzi, które umożliwią uzyskiwanie dobrej jakości wyprasek, pozbawionych wad w postaci zaprasowań i pęknięć. Ponadto celem badań będzie określenie cieplnych warunków procesu w zależności od zastosowanego materiału, które umożliwią uzyskanie ultradrobnoziarnistej lub nanometrycznej struktury materiału.

Również w 2009 roku został złożony do Narodowego Centrum Badań i Rozwoju wniosek nr N R07 0047 10 o dofinansowanie realizacji projektu badawczego rozwojowego pt: „Opracowanie technologii walcowania asymetrycznego płyt i blach oraz walcowania regulowanego z przyśpieszonym chłodzeniem blach grubych po procesie walcowania z nowych gatunków stali”. Celem projektu jest opracowanie założeń zmodyfikowanej technologii walcowania blach grubych zapewniającej poprawę sposobu płynięcia odkształcanego pasma na wyjściu z kotliny walcowniczej podczas asymetrycznego procesu walcowania oraz określenie optymalnych parametrów obróbki cieplno plastycznej zapewniających uzyskanie gotowego wyrobu o zawężonej tolerancji wymiarowej i charakteryzującego się własnościami mechanicznymi odpowiadającymi stalom API X80÷X100. Badania prowadzone w ramach realizacji projektu będą obejmowały określenie rzeczywistych krzywych umocnienia stali z gatunków przeznaczonych do produkcji blach spełniających wymagania X80÷X100 oraz stali konstrukcyjnych stosowanych do walcowania płyt oraz opracowanie wykresów CTPc i OCTPc dla tych stali. Przeprowadzone zostaną symulacje numeryczne procesu walcowania symetrycznego i asymetrycznego blach grubych, symulacje numeryczne procesu chłodzenia blach grubych po walcowaniu oraz symulacje fizyczne obróbki cieplno-plastycznej uwzględniające zjawiska zachodzące podczas walcowania regulowanego i przyspieszonego chłodzenia po walcowaniu. Wyniki badań zostaną wykorzystane do opracowania wytycznych do walcowania asymetrycznego płyt oraz walcowania blach spełniających wymagania normy ISO 1383:2007 dla gatunków X80 i X100. Badania symulacyjne zostaną zweryfikowane podczas walcowania w laboratoryjnej, nawrotnej walcarce duo. Kompleksowe opracowanie dotyczące modernizacji technologii walcowania blach grubych i przyspieszonego chłodzenia pozwoli na:

-uzyskanie produktu o określonej geometrii i parametrach mechanicznych z wsadu o określonych wymiarach i określonym składzie chemicznym,

-optymalny dobór materiałów wsadowych,

-równomierne płynięcie pasma po wyjściu z kotliny odkształcenia pozwalające na poprawę kształtu pasma,

-osiągnięcie większych uzysków w walcowni blach, w wyniku mniejszego odpadu technologicznego (języki i marginesy) i mniejszej wypukłości blach oraz mniejszej ilości blach prostowanych,

-osiągnięcie maksymalnych wydajności walcowni,

-równomierne obciążenie napędu walcarek we wszystkich przepustach,

-rozszerzenie asortymentu wymiarowego produkowanych blach, w tym zarówno grubszych, jak i cieńszych, w stosunku do wytwarzanych obecnie.

Prace zlecone prowadzono w zakresie badań własności mechanicznych profili aluminiowych oraz wyrobów stalowych, określenia przydatności wlewków aluminiowych do wyciskania czy wykonania prób zginania wyrobów z ZnAl i mosiądzu. W ramach prac zleconych opracowano krzywe chłodzenia stali 100 Cr6 na plastometrze DIL 805A/D umożliwiające budowę wykresów CTPc.

W roku 2005 kontynuowano badania w ramach projektów badawczych:

-wpływ efektu energetycznego wywołanego przemianą fazową na rozkład pól temperatur i stan naprężeń wewnętrznych podczas procesu kontrolowanego chłodzenia kształtowników (grant promotorski),

-analiza możliwości otrzymania nowej generacji drutów ze stali TRIP o korzystnych relacjach plastyczności i wytrzymałości przeznaczonych na wyroby specjalne.

-opracowanie metody uzyskiwania struktur ultradrobnoziarnistych podczas walcowania pakietowego blach.

W roku tym rozpoczęto badania w ramach projektu pt.: "Modelowanie i optymalizacja stanu cieplnego i mechanicznego we wlewkach ciągłych celem zmniejszenia powstawania pęknięć podczas ich odlewania”. W roku 2006 rozpoczęto realizację projektów badawczych w zakresie modelowania i optymalizacji procesów ciągnienia:

-opracowanie w oparciu o MES modelu matematycznego odkształcenia pojedynczego ziarna perlitu w procesie ciągnienia drutów,

-opracowanie technologii ciągnienia wysokiej jakości drutów spawalniczych z elektrolitycznie naniesionymi powłokami Ni-Cu i Ni.

-w tym samym roku dla młodych naukowców przyznano cztery granty promotorskie:

-analiza wpływu kształtu strefy zgniatającej ciągadła na parametry procesu oraz własności drutów,

-analiza wpływu pracy odbiorników nieliniowych na zmiany wartości wybranych parametrów energii elektrycznej,

-modelowanie procesów rozwoju mikrostruktury podczas regulowanego walcowania prętów ze stali konstrukcyjnej spawalnej w ciągłej walcowni bruzdowej,

-opracowanie i optymalizacja nowych procesów wyciskania tulei głębokich.

W roku 2009 rozpoczęto badania w zakresie wyciskania prętów bimetalowych: „Wyciskanie prętów bimetalowych Al-Cu z wsadu otrzymywanego na drodze nowych technologii łączenia metali”. W pracy realizowanej w formie grantu własnego, zaproponowano dwie nowe metody otrzymywania wsadu bimetalowego Al-Cu o udziałach procentowych miedzi określonych w normach ASTM. Pierwsza polega na odlewaniu rdzenia aluminiowego przy zastosowaniu mieszadła magnetycznego, a druga polega na łączeniu metali w stanie stałym przy zastosowaniu procesu wyciskania przez kanał kątowy ECAE. Sprawdzenie efektywności nowych metod będzie polegało na porównaniu własności złącza przed i po procesie wyciskania ze wsadem otrzymanym na drodze zgrzewania wybuchowego, co pozwoli ocenić przydatność tak utworzonych bimetali do dalszych procesów przeróbki plastycznej. W tym samym roku podjęto badania w zakresie otrzymywania stopu CuAg15P5 pt.: „Optymalizacja parametrów przeróbki plastycznej stopu CuAg15P5 w procesie wytwarzania drutów.”

Postęp techniczny wymaga stosowania walcówki i drutów o coraz lepszych własnościach mechanicznych. W ostatnich latach zrealizowano wiele prac mających na celu poprawienie własności mechanicznych walcówki i drutów o strukturze ferrytyczno-perlitycznej poprzez modyfikację parametrów technologii walcowania i ciągnienia, jednak możliwości w tej dziedzinie praktycznie się wyczerpują. W związku z powyższym w przemyśle stalowym zaistniała potrzeba opracowania nowych gatunków stali o zdecydowanie lepszych własnościach użytkowych. Tematyka ta stanowi jedno z głównych obszarów badawczych pracowników Zakładu Ciągarstwa i Wyrobów Metalowych. Zakład prowadzi badania nad optymalizacją procesów wytwarzania i badaniem własności wyrobów z wysokowytrzymałych stali wielofazowych zaliczanych do grupy stali AHSS (Advanced High Strength Steel), a w szczególności stali z efektem TRIP.

Stale TRIP są grupą stali nisko- i średniowęglowych, niskostopowych o strukturze wielofazowej, w której skład wchodzą: ferryt, austenit szczątkowy oraz bainit, a niekiedy również martenzyt. Struktura taka zapewnia wysokie własności mechaniczne. Korzystne własności otrzymuje się przez wykorzystanie w tych stalach efektu TRIP - TRansformation Induced Plasticity, wzrost plastyczności stali wywołanej przemianą fazową, związany z obecnością w strukturze austenitu metastabilnego lub dyspersyjnie rozproszonego austenitu szczątkowego, który przy plastycznym odkształcaniu stali, może przekształcać się w martenzyt.
Obecnie stale TRIP znalazły zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, produkuje się z nich blachy karoseryjne, które charakteryzują się bardzo dobrą tłocznością. Jednocześnie bardzo duża wytrzymałość pozwala projektować elementy lżejsze (redukcja grubości blach od 10 do 30%) w porównaniu z blachami produkowanymi z konwencjonalnych gatunków stali. W literaturze można spotkać szereg publikacji związanych z walcowaniem i obróbką cieplną blach ze stali TRIP. Niewiele jest natomiast prac dotyczących obróbki cieplnej walcówki i procesów ciągnienia drutów z wielofazowych stali TRIP.
W procesach ciągnienia stosuje się znacznie większe, w stosunku do większości procesów, odkształcenia pojedyncze, całkowite oraz dużo wyższe prędkości odkształcenia. Występują także, wywołane naprężeniami stycznymi, odkształcenia zbędne (postaciowe) powodujące niejednorodność odkształcenia na przekroju poprzecznym wyrobów ciągnionych. Stale o strukturze zapewniającej efekt TRIP zawierają austenit szczątkowy, który zwiększa plastyczność stali do momentu, gdy pod wpływem odkształcenia plastycznego ulegnie przemianie w martenzyt, który wpływa na wzrost własności mechanicznych odkształcanego materiału. Przemiana austenitu szczątkowego w martenzyt (efekt TRIP) w dużym stopniu zależy od wielkości, jak i prędkości odkształcenia oraz stanu naprężenia.

Dlatego prace badawcze pracowników Zakładu zmierzają do określenia wpływu parametrów procesu ciągnienia, takich jak: wielkość odkształcenia (gniotu) pojedynczego, całkowitego, prędkości odkształcenia, kształtu i wymiarów części roboczych ciągadła (które mają wpływ na równomierność odkształcenia) na ilość austenitu szczątkowego przemienionego w martenzyt.

Przeprowadzone badania wstępne w celu określenie odpowiednich parametrów chłodzenia walcówki po walcowaniu na gorąco, w poszczególnych sekcjach systemu Stelmor, pozwalających na otrzymanie w wyrobie gotowym struktury typu TRIP wykazały pozytywny wpływ struktury TRIP na możliwość uzyskania wysokich własności mechanicznych i trwałości zmęczeniowej drutów. W badaniach tych porównano własności drutów ze stali o niskiej zawartości 0,09% C z drutami ze stali średniowęglowej w gatunku D45. Znacznie lepsza wytrzymałość zmęczeniowa, będąca ważnym czynnikiem określającym walory eksploatacyjne wyrobów z drutów, przy nieznacznie, bo o około 4 % niższej wytrzymałości na rozciąganie może decydować o obszarach zastosowania drutów ze stali TRIP jako zamiennika drutów ze stali średniowęglowych. Planowane badania stali z efektem TRIP o średniej zawartości węgla do 0,29% winny wypełnić pewną lukę w tematyce badań tej grupy stali. Aspekty poznawcze oraz opracowania teoretyczne, konfrontowane z otrzymanymi rezultatami eksperymentalnymi, pozwolą na określenie parametrów technologicznych realizowanego procesu oraz na oceną właściwości wyrobów otrzymanych w procesie ciągnienia. Przewiduje się uzyskanie nowych danych poszerzających dotychczasowy stan wiedzy w zakresie stali nisko i średniowęglowych zapewniających efekt TRIP.
W wyniku realizacji badań przewiduje się uzyskanie poprawy ciągliwości drutów o strukturze wielofazowej poprze zwiększenie stabilności austenitu szczątkowego. Zastosowanie procesu ciągnienia przy właściwym doborze wielkości gniotów, prędkości ciągnienia winno umożliwić stabilizację austenitu szczątkowego otrzymanego w dużych ilościach w strukturze walcówki do ciągnienia w wyniku zastosowania opracowanych w trakcie badań wariantów jej obróbki cieplnej. Intensyfikacja procesu ciągnienia przyczyniła się do znaczącej zmiany zarówno warunków ciągnienia (tj. siła ciągnienia, tarcie, temperatura, prędkość odkształcenia) jak i własności użytkowych ciągnionych drutów. W oparciu o dotychczasową literaturę można stwierdzić, że w literaturze nie ma kompleksowych opracowań dotyczących wpływu szybkościowego ciągnienia drutów (Vc>10 m/s) na ich własności mechaniczno-technologiczne i wytrzymałość zmęczeniową. W większości przypadków badania, dotyczące wpływu prędkości ciągnienia na własności drutów, były realizowane przy bardzo małych prędkościach ciągnienia rzędu Vc=0,001-2 m/s. W związku z powyższym w ramach zadań badawczych Zakładu zostanie przeprowadzona analiza wpływu prędkości ciągnienia na własności mechaniczne drutów ze stali wysokowęglowych. Przewiduje się wykonanie badań wytrzymałości zmęczeniowej i struktury warstwy wierzchniej drutów ze stali wysokomanganowej z efektem TWIP w celu określenie wpływu parametrów procesu ciągnienia na zmianę wytrzymałości zmęczeniowej drutów ze stali TWIP. Uzyskane wyniki umożliwią lepsze poznanie zjawisk zachodzących w drutach ze stali TWIP podczas procesu ciągnienia na zimno oraz wpływu bliźniakowania mechanicznego na wytrzymałość zmęczeniową. Zostanie przeprowadzona także analiza porównawcza wartości wytrzymałości zmęczeniowych dla drutów ze stali wysokomanganowej TWIP z wytrzymałością zmęczeniową stali węglowych.

Zakład Ciągarstwa i Wyrobów Metalowych prowadzi także badania trwałości zmęczeniowej kordów stalowych stosowanych do zbrojenia opon samochodowych. W ramach tej tematyki przewiduje się badanie wpływu obróbki cieplnej drutów (patentowania) na trwałość zmęczeniową i własności drutów stalowych. Eksperyment będzie mieć na celu określenie wpływu zmiany parametrów obróbki cieplnej na własności drutów, w tym liczby skręceń, liczby przegięć oraz czy na zmianę liczby cykli zmęczeniowych ma wpływ zmiana procesu patentowania, a co za tym idzie: czy różnice w liczbach cykli należy tłumaczyć strukturą materiału uzyskaną po procesie patentowania. Przedmiotem badań prowadzonych przez pracowników Zakładu Ciągarstwa i Wyrobów Metalowych są także stopy metali nieżelaznych, w tym m.in. stopy magnezu stosowane w biomedycynie do produkcji nici chirurgicznych. Badania tego rodzaju stopów w środowisku organizmu człowieka dowodzą nad możliwości rozpuszczania implantów, co eliminuje konieczność przeprowadzania operacji celem ich usunięcia. Stopy te stosuje się w postaci cienkich drutów, dlatego zachodzi konieczność opracowania efektywnej i właściwej z punktu widzenia własności wyrobu końcowego technologii ciągnienia drutów o małych średnicach. Proces ciągnienia jest jednym z ostatnich etapów produkcji i decyduje o dwóch najważniejszych parametrach – wymiarach geometrycznych nici oraz o własnościach mechanicznych wyrobu końcowego.

Jednymi z materiałów, które stwarzają poważne problemy przy ich wytwarzaniu są także, spoiwa miedziano-fosforowe z dodatkiem srebra typu Cu-Ag-P, należące do grupy spoiw twardych trudnoprzerabialnych na zimno. Spoiwa CuP i CuAgP już od lat uznawane są jako najlepsze materiały lutownicze do łączenia elementów z miedzi i jej stopów, zwłaszcza we wszelkiego rodzaju instalacjach. Wynika to ze specjalnych właściwości tych spoiw: niska temperatura topnienia, rzadkopłynność co umożliwia wypełnienie wąskich szczelin, a wysoka zawartość fosforu powoduje zwiększenie zwilżalności stopu w temperaturze lutowania, co umożliwia wykonywanie połączeń bez konieczności stosowania topników. Fosfor obniża plastyczność tych spoiw, lecz dodatek Ag wpływa korzystnie na tę właściwość. Spoiwa miedziano-fosforowe z dodatkiem srebra zastąpiły popularne stopy wysoko srebrowe przede wszystkim ze względu na niższą cenę.

W ostatnich latach zarówno w kraju jak i na świecie obserwuje się duży i wciąż rosnący popyt na te stopy. Producenci dążą do tworzenia spoiw o ściśle określonych własnościach dostosowanych do wąskiej grupy konkretnych rodzajów materiałów. Zapotrzebowanie na te materiały obejmuje szeroki asortyment drutów o przekroju okrągłym (ø 1÷3 mm) i drutów o przekroju kwadratowym (1,3÷3,15 mm). Końcowy wymiar wyrobu zależy od jego przeznaczenia. W ramach prac pracowników Zakładu przeprowadzono badania nad technologią otrzymywania stopu lutowniczego CP102 (CuAg15 P5) o następującym nominalnym składzie chemicznym: Cu = 80 %, P = 5 %, Ag = 15 %. Badania metalograficzne umożliwiły przeprowadzenie analizy rozwoju struktury zachodzącej podczas procesu wyciskania i ciągnienia drutów ze stopów miedziowo-fosforowych. W trakcie badań określono optymalną technologię otrzymywania drutu ze stopu lutowniczego, poprzez wyciskanie i ciągnienie na wymiar końcowy.