DOI: 10.52150/2522-9117-2026-40-032
М. І. Медведев1, д.т.н., пров. наук. співроб., ORCID 0000-0002-1230-420X
А. В. Красюк2, директор з виробництва, ORCID 0009-0009-8354-687X
О. М. Кузьміна1,*, к.т.н., доц., ORCID 0000-0003-0794-0583
Ю. О. Гладкий3, інженер, ORCID 0009-0003-1051-2587
Б. І. Квак1, аспірант
Д. О. Ревякін1, аспірант
Ю. В. Ниткін1, аспірант
1 Український державний університет науки і технологій
2 ПРАТ «СЕНТРАВІС ПРОДАКШН ЮКРЕЙН»
3 ДП “НВО “Павлоградський хімічний завод”, Україна
* Автор для листування: o.m.kuzmina@ust.edu.ua
ТЕРМІЧНИЙ СТАН ТРУБНИХ ЗАГОТОВОК ПІД ЧАС ПІДГОТОВЧИХ ОПЕРАЦІЙ ГАРЯЧОГО ПРЕСУВАННЯ НІКЕЛЕВИХ СПЛАВІВ
Анотація. У процесі виготовлення безшовних труб зі сплавів на нікелевій основі методом гарячого пресування на горизонтальних гідравлічних пресах істотною та актуальною технологічною проблемою залишається утворення поверхневих дефектів. Однією з основних причин їх виникнення є нестабільність температурно-швидкісного стану трубних заготовок на різних етапах технологічного процесу. Відхилення температури від оптимального вузького інтервалу максимальної технологічної пластичності призводить до стрімкого зниження деформівної здатності металу, наростання вихідних напружень та погіршення загальної якості готової трубної продукції. Особливо гостро ця проблема проявляється при обробці жароміцного сплаву 602CA, який характеризується високою чутливістю до термічних коливань та обмеженою технологічною пластичністю. Метою цього дослідження є встановлення фундаментальних закономірностей зміни температурних полів трубних заготовок зі жароміцного сплаву 602CA на основних стадіях їх підготовки, транспортування та гарячого пресування із застосуванням захисних скломастил на пресових установках зусиллям 16,0 та 31,5 МН. Методика дослідження базується на комплексному аналізі реального промислового процесу виробництва, прямих експериментальних вимірюваннях температури із застосуванням термоелектродів, а також на математичному моделюванні й використанні системи аналітичних і напівемпіричних залежностей для розрахунку поетапних температурних втрат. У роботі детально розглянуто тепловий баланс на п’яти ключових етапах: транспортування заготовки від індукційного нагрівача до столу нанесення мастила, нанесення захисного скломастила, транспортування вкритих заготовок до преса, витримка в контейнері перед розпресовкою та безпосередньо розпресовка з урахуванням тепловіддачі через повітряні зазори, товщину стінок і взаємодію з інструментом. У результаті виконаної роботи встановлено, що сумарне зниження температури заготовок у процесі виконання допоміжних і транспортних операцій обернено пропорційне товщинам стінок отриманих гільз. У досліджуваному діапазоні товщин стінок 40–120 мм та початкових температур нагріву 1050–1250 °С отримана залежність має близький до лінійного характер. Розроблена математична модель і запропонована інженерна методика розрахунку дозволяють здійснювати науково обґрунтований вибір в’язкісних характеристик скломастила (оптимально в межах 80–100 Па·с) відповідно до фактичного температурного режиму деформування. Практична цінність результатів підтверджена в умовах промислового виробництва: впровадження розробленої методики під час виготовлення партії з 120 труб із жароміцного сплаву 602CA забезпечило стабільний захист інструменту, повне усунення дефектів поверхні, підвищення загальної якості готової трубної продукції та значне зниження рівня виробничого браку.
Ключові слова: гаряче пресування, нікелеві сплави, трубні заготовки, температурний режим, тепловий баланс, скломастило, охолодження заготовок, екструзія, поверхневі дефекти, пластичність.
Посилання для цитування: Термічний стан трубних заготовок під час підготовчих операцій гарячого пресування нікелевих сплавів / М. І. Медведев, А. В. Красюк, О. М. Кузьміна, Ю. О. Гладкий, Б. І. Квак, Д. О. Ревякін, Ю. В. Ниткін // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2026. Вип. 40. С. 548-561. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2026-40-032
References
1. Karimihaghighi, R., & Naghizadeh, M. (2023). Effect of alloying elements on aqueous corrosion of nickel‐based alloys at high temperatures: A review. Materials and Corrosion. https://doi.org/10.1002/maco.202213705
2. Chyrkin, A., Sloof, W. G., Pillai, R., Galiullin, T., Grüner, D., Singheiser, L., & Quadakkers, W. J. (2015). Modelling csitional changes in nickel base alloy 602 CA during high temperature oxidation. Materials at High Temperatures, 32(1-2), 102–112. https://doi.org/10.1179/0960340914z.00000000082
3. Kimstach, T., Uzlov, K., Repyakh, S., & Bilyi, O. (2025). Determination of the preferential method of manufacturing products from metals and alloys.International Scientific and Technical Conference Information Technologies in Metallurgy and Machine Building, 56–61. https://doi.org/10.34185/1991-7848.itmm.2025.01.009
4. Wang, X., Liu, Z., Cheng, K., & Kong, Y. (2023). Chlorine-induced high-temperature corrosion characteristics of Ni-Cr alloy cladding layer and Ni-Cr-Mo alloy cladding layer. Corrosion Science, 216, 111102. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111102
5. Schwing, R., Linn, S., Kontermann, C., Neubert, S., & Oechsner, M. (2021). Isothermal and anisothermal creep behavior of the nickel base Alloy 602 CA. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 52(2), 231–247. https://doi.org/10.1002/mawe.202000248
6. Qin, X., Huang, D., Yan, X., Zhang, X., Qi, M., & Yue, S. (2019). Hot deformation behaviors and optimization of processing parameters for Alloy 602 CA. Journal of Alloys and Compounds, 770, 507–516. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.08.144
7. Karsten, E., Gerstein, G., Golovko, O., Dalinger, A., Lauhoff, C., Krooss, P., Niendorf, T., Samsonenko, A., & Maier, H. J. (2019). Tailoring the Microstructure in Polycrystalline Co–Ni–Ga High-Temperature Shape Memory Alloys by Hot Extrusion. Shape Memory and Superelasticity, 5(1), 84–94. https://doi.org/10.1007/s40830-019-00208-7
8. Liu, Z., Deng, G., Wang, Z., Zhou, W., Yu, Y., & Zhou, J. (2023). Numerical simulation and experiment study on hot extrusion process of 18Ni (250) maraging steel large fan shaft for aero-engines. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. https://doi.org/10.1007/s00170-023-11301-8
9. Medvediev, M., Frolov, Ya., & Bobukh, O. (2023). Presuvannia trub z nikelevykh i tytanovykh splaviv (pytannia teorii i tekhnolohii). Vydavnytstvo Zhurfond
10. Lu, X., Díaz, A., Ma, J., Wang, D., He, J., Zhang, Z., & Johnsen, R. (2023). The effect of plastic deformation on hydrogen diffusion in nickel Alloy 625. Scripta Materialia, 226, 115210. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2022.115210
11. Amininejad, A., Jamaati, R., & Hosseinipour, S. J. (2021). Influence of Deformation and Post-Annealing Treatment on the Microstructure and Mechanical Properties of Austenitic Stainless Steel. Transactions of the Indian Institute of Metals. https://doi.org/10.1007/s12666-021-02277-8
12. Carrozza, A., Lorenzi, S., Carugo, F., Fest-Santini, S., Santini, M., Marchese, G., Barbieri, G., Cognini, F., Cabrini, M., & Pastore, T. (2023). A comparative analysis between material extrusion and other additive manufacturing techniques: Defects, microstructure and corrosion behavior in nickel alloy 625. Materials & Design, 225, 111545. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111545
13. Mandal, M., Aashranth, B., Davinci, M. A., Samantaray, D., & Vasudevan, M. (2024). Mitigating manufacturing defects in seamless tubes: A failure analysis perspective. Procedia Structural Integrity, 60, 510–516. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2024.05.070
14. An, W., Liu, C.-z., Xiong, Q.-l., Li, Z., Huang, X., & Suo, T. (2023). Shear localization in polycrystalline metal at high-strain rates with dynamic recrystallization: Crystal plasticity modeling and texture effect. International Journal of Plasticity, 165, 103616. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103616
15. Medvedev, M. I., & Bobukh, O. S. (2024). Features of the technology of manufacturing pipes from heat-resistant steel and heat-resistant alloys. Fundamental and applied problems of ferrous metallurgy, 38, 415-430. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-415-430
16. Medvedev, M. I., Bobukh, O. S., Boiarkin, V. V., Konovodov, D. V., & Samsonenko, A. A. Features of low-plastic nickel-alloyed steel pipes hot extrusion. Theory and Practice of Metallurgy. 2022, (6), 18-26. URL: https://nmetau.edu.ua/file/zh_06_2022_vv2.pdf. https://doi.org/10.34185/tpm.6.2022.06
17. Song, Y., Li, Y., Li, H., Zhao, G., Cai, Z., & Sun, M. (2022). Hot deformation and recrystallization behavior of a new nickel-base superalloy for ultra-supercritical applications. Journal of Materials Research and Technology. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.06.141
18. Jiang, H., Li, L., Dong, J., & Xie, X. (2018). Microstructure-based hot extrusion process control principles for nickel-base superalloy pipes. Progress in Natural Science: Materials International, 28(3), 391–398. https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2018.04.009
19. Medvedev, M., Shyfrin, Y., Frolov, Y., & Bobukh, O. (2022). Estimation of glass lubricant viscosity for hot extrusion of Cr-Ni steel and Ni alloy tubes. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (1), 33–37. https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-1/033
Рукопис надійшов до редакції / Received 01.04.2026
Рекомендовано до друку / Accepted 28.05.2026
Опубліковано / Published 30.05.2026
