перспективная металлургия
(продолжение)
Ключевые приоритеты развития нанотехнологий:
-Развитие прецизионного машиностроения, микротехнологий
-Производство микро- оборудования и инструмента для изготовления прецизионной металлопродукции и собственно реализации прогрессивных микро-технологий; можно уже говорить о наличии примеров использования микро- и нанообработки, микро- и нанотехнологий и микроинструментов.
-Разработка новых материалов для инструмента
Сверхтвердый режущий инструмент нового поколения из: нанопорошка кубического нитрида бора; нанокристаллического сплава с различным соотношением вольфрама, никеля и азота; наноструктурированного композиционного материала на основе диоксида циркония и др.
Разработка новых материалов для производства металлопродукции с уникальными свойствами на основе традиционных металлов
Повышение свойств конструкционных материалов за счет формирования микро- и нанокристаллической структуры, т.к. наноразмерные структуры конструкционных материалов открывают уникальные возможности для получения нового уровня свойств: высокой прочности, твердости, износостойкости при достаточно высокой пластичности. Например, сталь 12Х18Н10Т с нанокристаллической структурой обладает хорошим соотношением прочности и пластичности.
Получение легких материалов высокой прочности, позволяющих увеличивать полезные нагрузки на транспорте и экономию топлива. Композиционный материал на основе наноструктурированных кристаллов частично стабилизированного диоксида циркония - созданы заготовки фильер для получения проволоки, втулки подшипников скольжения; азотирование сплавов никеля и вольфрама (Ni-W), т.к. образование нитридов приводит к повышению износостойкости и твёрдости сплава, эти сплавы могут применяться для изготовления лопаток турбин, штампов горячей ковки, подшипников; оригинальная наносталь, обеспечивающая повышение мощности ядерных реакторов на энергоблоках на 30-40%, позволит увеличить проектный срок службы корпуса реактора стационарной АЭС до 100 лет и более; бронзы серии Supralloy в которых величина зерна не превышает 3 мкм, из которой изготавливают ленты толщиной 0,08 до 0,35 мм и стержни и успешно заменяют в ряде случаев дорогостоящие спецсплавы, основные области применения - автомобилестроение и техника связи; экологически безопасные коррозионностойкие стали для ортопедической стоматологии взамен применяемых в настоящее время никельсодержащих сталей и сплавов.
Применение процессов обработки металлов давлением для получения новых материалов
Многообразие методов порошковой металлургии - компактирование нанопорошков, интенсивная пластическая деформация (ИПД) и кристаллизация из аморфного состояния - обеспечивает широкие возможности для получения наноматериалов; для прессования нанопорошков применяют одноосное прессование: статическое - в пресс-формах, штамповка; динамическое - магнитно-импульсное, взрывное и вибрационное - ультразвуковое.
Для получения высокоплотных однородных материалов используется всестороннее - изостатическое прессование: гидро-, газо-, квазигидростатическое - в специальных пресс-формах под высоким давлением. Применяется также метод ИПД - кручение под высоким давлением. Перспективный способ получения наноматериалов - спекание нанопорошков под давлением; нетрадиционные методы - кручение под гидростатическим давлением, равноканальное угловое прессование, знакопеременный изгиб - позволяют деформировать заготовку без изменения сечения и формы и достигать необходимых высоких степеней деформации и измельчения зерна.
Новый метод всесторонней изотермической ковки с поэтапным снижением температуры деформации, что открывает новые возможности для изготовления широкого ассортимента сложнопрофильных изделий методом изотермической штамповки при относительно низких температурах с использованием недорогого штампового инструмента,«макро»-метод всесторонней ковки является универсальным, он позволяет получать объемные наноструктурные полуфабрикаты из различных металлов и сплавов, таких как магниевые, алюминиевые, титановые, медные сплавы, стали, включая труднодеформируемые никелевые жаропрочные и интерметаллидные сплавы; методы пластического деформирования металлов и сплавов в условиях всестороннего сжатия при криогенных температурах, позволяющие криодеформацией в условиях всестороннего сжатия получать структурные состояния, обеспечивающие металлу высокие механические характеристики в широкой области температур.
Использование технологических и металловедческих приемов
Микролегирование переходными элементами и многоступенчатая термическая обработка с целью создания наноразмерных частиц; создание термически стабильных наноразмерных композитных частиц в Al-Li сплавах и др.; возможно формирование однофазных наноразмерных зерен, занимающих весь объем материала. Уменьшение размера зерен в области наномасштаба увеличивает прочностные свойства в несколько раз.
Использование информационных технологий
Компьютерное проектирование наноструктур и новых материалов. Основная задача - получить программное обеспечение, которое позволит создавать реалистичные структурные модели материалов и сплавов с целью изучения их физических свойств; компьютерное виртуальное проектирование машин, ее испытание, передача виртуальной модели на завод, адаптация ее под технологический процесс по виртуальным технологическим схемам и передача информации на станки, которые изготавливают ту или иную деталь) и др.с
Реальные масштабные инновационные проекты в металлургическом производстве по получению металлопродукции нового поколения
В РФ на Синарском трубном заводе организовывается производство прецизионных труб из нержавеющих сталей и сплавов; на Челябинском МК стартует проект по строительству нового рельсобалочного стана, главной продукцией станут ж/д рельсы длиной до 100 метров, в процессе их выпуска планируется использовать нанотехнологии, что позволит значительно увеличить скорость движения поездов; в условиях«ММК-Метиз»организовывается производство арматуры для ж/д шпал нового поколения на основе технологии термодеформационного наноструктурирования.
Разработана технология производства проката для труб нефтегазового комплекса, которая включает как создание новых химических составов сталей, так и совершенствование сталеплавильного производства, непрерывной разливки и ковшовой обработки, термодеформационной обработки металла; разработана и внедряется технология интегрированного деформационно-термического производства высокопрочной горячекатаной листовой стали, обладающей уникальным сочетанием микроструктурных характеристик и механических свойств для универсального и специального назначений, в том числе обладающих повышенными бронезащитными характеристиками; новые коррозионностойкие стали аустенитного и аустенитно-ферритного классов предназначены для получения высокопрочных изделий, таких как тончайшая проволока для упругих элементов и мединструмента, а также высоконагруженных деталей.
www.ugmk.info
Юрий Стасовский, доктор технических наук
В ООО «Гранком», которое является дочерним предприятием ПАО «Русполимет» имеется уникальное оборудование – комплекс ABB-ASEA QIH-345 для горячего изостатического прессования (ГИП). Данный пресс с максимальной садкой - 7 тонн - один из крупнейших газостатов на территории Европы и самый крупный в России. Важнейшими характеристиками оборудования являются максимальная температура – 1200 °С и рабочее давление – до 150 МПа.
ОтветитьУдалитьГорячее изостатическое прессование металлических порошков – сложный технологический процесс, включающий следующие основные операции:
- проектирование и изготовление капсул;
- засыпку порошка в капсулы;
- герметезицию капсул сваркой;
- изостатическое прессование порошков в капсулах при высоких температурах и давлениях;
- удаление остатков капсул;
- финишные операции: механообработка, термическая обработка и др.
Для ГИП чаще всего применяют распыленные порошки, состоящие из частиц сферической формы металлических сплавов.
Капсулы – тонкостенные оболочки, близкие по форме к прессованным изделиям. Изделия могут иметь как простые формы (цилиндрические или плоские) для последующей ковки или проката, так и сложные формы фасонных изделий, для которых не требуется дополнительная деформация.
Процесс ГИП реализуется в газостатах, представляющих собой сосуд высокого давления с системой подачи и нагрева газа.
После загрузки капсулы с порошком рабочая камера газостата закрывается и из нее откачивается воздух. Затем включается нагрев и подача аргона. Высокое давление в камере газостата создается компрессором. После достижения необходимых значений температура и давление поддерживаются на постоянном уровне в течение всего времени выдержки. Затем капсула с порошком охлаждается со снижением давления.
В СССР в 1970-е годы были начаты работы по металлургии гранул с использованием технологии ГИП для изготовления изделий из жаропрочных никелевых сплавов. Примерно в это же время было завершено на заводе «Днепроспецсталь» создание производства порошковых быстрорежущих сталей; это производство базируется на технологии ГИП.
Микроструктура прессованных изделий из распыленных металлических порошков отличается особо высокой дисперсностью и однородностью, а прессованный материал – повышенной прочностью и вязкостью.
Анализ и обобщение достигнутых за рубежом результатов позволяют считать, что ГИП – исключительно эффективный и перспективный технологический процесс порошковой металлургии.