Na podstawie przedstawionej w poprzednim rozdziale analizy literaturowej obejmującej charakterystykę procesu ciągłego odlewania Twin Roll Casting, a w szczególności zjawisk zmiany stanu skupienia oraz odkształcenia plastycznego materiału w tym procesie postuluje się, że:
Na podstawie znajomości określonych parametrów procesowych oraz określonych właściwości fizycznych i mechanicznych przetwarzanego materiału (aluminium oraz wybranych stopów serii 8XXX) możliwe jest określenie udziału strefy krzepnięcia oraz strefy odkształcenia plastycznego i jego wartości w kotlinie procesu Twin Roll Casting.
3.2. Cel i zakres pracy
Cele niniejszej pracy mogą zostać sklasyfikowane zarówno jako naukowe jak i aplikacyjne. Podstawowym celem naukowym, wynikającym bezpośrednio z postawionej tezy jest dokładne poznanie (również w aspekcie ilościowym) zjawisk zachodzących w kotlinie procesu TRC, a w konsekwencji określenie zakresu występowania strefy krystalizacji oraz odkształcenia plastycznego.
Równocześnie istotnym celem pracy jest określenie wpływu parametrów procesu odlewania w linii laboratoryjnej TRC na własności mechaniczne, fizyczne oraz strukturalne otrzymanych taśm oraz ocena możliwości bezpośredniego przetwórstwa rozpatrywanych taśm (o strukturze materiału odmiennej niż uzyskiwana w konwencjonalnych metodach przetwórstwa) na blachy, w technologii walcowania na zimno (z pominięciem przeróbki plastycznej na gorąco). Podczas tego etapu należy również zwrócić uwagę na ewolucję własności materiałowych oraz parametrów siłowo-energetycznych, które mogą się różnić w stosunku do materiału otrzymywanego w technologii tradycyjnej.
Cele przedstawione w drugiej grupie mogą być określone mianem aplikacyjnych, gdyż mogą służyć jako założenia do projektowania innowacyjnej technologii produkcji taśm i blach z aluminium oraz stopów aluminium serii 8XXX w warunkach przemysłowych.
W celu dowodzenia powyższej tezy oraz realizacji założonych celów niezbędne jest wykonanie badań eksperymentalnych i przeprowadzenie analiz teoretycznych składających się na zakres niniejszej rozprawy doktorskiej, a mianowicie:
1) Analiza teoretyczna procesu Twin Roll Casting
Realizacja tego etapu pozwoli zrozumieć istotę procesu TRC i rozważyć przypadki ekstremalne występujące w tym procesie, co pozwoli z kolei, wstępnie określić graniczne
65 wartości gniotu, jakiemu podlega przetwarzany materiał i wynikające stąd obciążenia mechaniczne krystalizatorów. Całość tych analiz pozwoli zatem wypracować założenia konstrukcyjne dla walców-krystalizatorów.
2) Badania procesu walcowania na gorąco materiału będącego przedmiotem badań
Realizacja tego zakresu badań symulujących proces odkształcenia materiału w procesie TRC umożliwi: opracowanie zależności opisującej zmianę siły nacisku metalu na walce oraz średniego nacisku jednostkowego w funkcji zadanego gniotu, niezbędnych do weryfikacji opracowanego w dalszej części algorytmu; oszacowanie współczynnika tarcia w linii TRC; weryfikację poprawności założenia hipotezy płaskich przekrojów w prowadzonym procesie.
3) Badania własności mechanicznych w zakresie od temperatury otoczenia do temperatury bliskiej temperatury krystalizacji materiału, dla różnych prędkości odkształcenia
Realizacja tych badań umożliwi: opracowanie zależności opisujących zmianę własności mechanicznych oraz zmianę oporu plastycznego badanego materiału w funkcji zmiennej temperatury oraz zmiennej prędkości odkształcenia.
4) Opracowanie algorytmu ukazującego zmianę prędkości odkształcenia w kotlinie procesu TRC
Znajomość tego algorytmu pozwoli w zestawieniu ze znajomością własności materiałowych otrzymanych na podstawie prób jednoosiowego rozciągania na określenie oporu plastycznego oraz w zestawieniu z odpowiednimi zależnościami analitycznymi, na ustalenie wartości średniego nacisku jednostkowego oraz sił nacisku metalu na walce w funkcji zadanego gniotu w procesie TRC.
5) Badania procesu odlewania w laboratoryjnej linii TRC
Realizacja tego etapu pracy umożliwi: oszacowanie parametrów temperaturowych procesu niezbędnych zarówno do weryfikacji obliczeń średniego nacisku jednostkowego jak i podczas modelowej analizy procesu krystalizacji materiału w kotlinie procesu TRC; określenie sił nacisku metalu na walce na bazie zaproponowanego algorytmu oraz określenie zależności siły nacisku metalu na walce w funkcji zmiennych parametrów procesowych (prędkości odlewania, wydatku cieczy chłodzącej, składu chemicznego) niezbędnych do zestawienia z wartościami otrzymanymi na podstawie algorytmu, dającymi w efekcie oszacowanie zakresu występowania obszaru odkształcenia plastycznego w kotlinie procesu TRC.
66
6) Badania kalorymetryczne analizowanych materiałów
Przeprowadzenie tych badań umożliwi: określenie kluczowych własności fizycznych, takich jak ciepło właściwe, ciepło krzepnięcia, temperatura likwidus i solidus analizowanych materiałów, w celu zaimplementowania ich do modelu procesu krystalizacji.
7) Analiza i obliczenia szybkości krzepnięcia materiału w kotlinie procesu TRC
Analiza ta umożliwi poprzez określenie szybkości krzepnięcia materiału przybliżoną ocenę kształtu płaszczyzny międzyfazowej ciecz - ciało stałe w kotlinie badanego procesu, a w zestawieniu z określonym wcześniej obszarem odkształcenia plastycznego pozwoli na określenie występowania zakresu obu obszarów w kotlinie badanego procesu.
8) Badania procesu walcowania na zimno taśm otrzymanych w linii TRC
Realizacja tego fragmentu pracy umożliwi określenie ewolucji własności materiałowych taśm wytworzonych metodą TRC oraz porównanie ich z własnościami taśm wytworzonych metodą tradycyjną, a także określenie ewolucji parametrów siłowo-energetycznych procesu walcowania na zimno.
9) Badania własności taśm z linii TRC oraz blach po procesie walcowania na zimno
Realizacja tych badań umożliwi określenie własności materiałowych, zarówno taśm w stanie po odlewaniu jak i blach po walcowaniu na zimno, a także porównanie tych własności z własnościami materiałów otrzymanych przy zastosowaniu tradycyjnej ścieżki przetwarzania. Dzięki przeprowadzonym badaniom możliwa będzie również ocena w jakim zakresie badane materiały spełniają wymagania stawiane przez odpowiednie normy przedmiotowe.
67