книги из ГПНТБ / Муслин Е.С. Металл меняет форму

лие можно подвергать термообработке, окрашивать, ка­ либровать. Эти операции нетрудно осуществить благо­ даря сравнительно небольшой скорости вытягивания.

Мы уже говорили, что длина вытягиваемых детален ничем не ограничивается. А форма? Достаточно побы­

жидкии

МЕТАЛЛ

Так пытягмваются трубы, соединенные плоской панелью.

вать в степановской лаборатории, и вы сразу сделаетесь горячим поклонником нового метода. Ни в одном про­ катном или литейном цехе вы не увидите такого порази­ тельного разнообразия профилей. Чего тут только нет! Трубы с внешними и внутренними ребрами, сечением похожие на морские звезды. Трубы разных диаметров, сросшиеся, как близнецы. Соты из круглых, эллиптиче­ ских и шестигранных ячеек. Многотрубчатые панели, крестообразные и омегообразные, открытые и закрытые

11

профили, спирали, прямоугольники, уголки, корыта, зуб­ чатки и всевозможные их комбинации, какие только мо­ жет придумать самая изощренная фантазия художпнкаабстракциониста. Большинство этих профилей другими методами получить вообще невозможно. Здесь же их делают на одной и той же установке, сменив лишь попла­ вок да затравку.

Единственное ограничение, накладывающееся па это разнообразие, состоит, по-видимому, в том, что изделия должны быть цилиндрическими, то есть постоянного се­ чения по длине. Однако и это ограничение легко преодо­ леть. Вытягивая, например, трубу с сечением в виде шестеренки, можно вращать одновременно затравку. В результате мы получим витую трубу, похожую на спиральное сверло. Неравномерное вращение дает спи­ раль переменного шага. Далее. Почему щель в поплав- ке-формообразователе обязательно должна иметь по­ стоянную форму и размеры? Ее можно заставить деформироваться по выбранному закону, в результате чего ширина и сечение вытягиваемого изделия будут переменными по длине. Кроме того, качая затравку, можно изгибать ось изделия, заставляя вибрировать поплавок или жидкость — создавать на его поверхности различные рисунки. Можно еще менять интенсивность и характер охлаждения, скорость вытягивания, перио­ дически удалять и наращивать по длине ребра, наконец, по-разному комбинировать все эти методы. Можно, можно, можно... Впрочем, из сказанного уже видно, что физика процесса, то обстоятельство, что мы все время имеем дело с жидкостью, легко воспринимающей зада­ ваемую ей форму, позволяет разнообразить вытягивае­ мые из расплава изделия до бесконечности.

Еще одно немаловажное достоинство степановского способа заключается в его универсальности по отноше­

12

нию к материалам. Теоретически детали можно вытяги­ вать из любых веществ — сплавов, солей, минералов, пластмасс, даже из жидких газов. Единственное, что

Эти изделия профессор Степанов получил непосред­ ственно из расплава.

13

требуется, это способность вещества плавиться и затвер­ девать при определенной температуре,— а это свойство, присущее почти каждому веществу. В лаборатории Сте­ панова уже вытягивались изделия из цинка, висмута, меди, латуни, бронзы, фтористого лития, селитры, йодистого цезия, авиаля, дюралюмина — всего из 25 ма­ териалов.

А как обстоит дело с точностью вытягиваемых изде­ лий, с чистотой их поверхности, с прочностью и качест­ вом микроструктуры? Ведь эти обстоятельства решаю­ щие для каждого способа металлообработки

Как правило, у профилей, полученных в степановской лаборатории, поверхность была блестящей, напомина­ ющей полированную, причем иногда, как у декоратив­ ных пород дерева, просматривалась даже «текстура» — тонкий рисунок металлических зерен и кристаллов. Ин­ тересно, что каждый алюминиевый сплав имеет свой

покрывающие панели плотным однородным слоем, укра­ шают их и придают им повышенную коррозионную стой­ кость.

В отношении точности вытягиваемые изделия мало чем отличаются от прокатываемых и прессуемых.

Структура металла, как обычно, зависит от скорости охлаждения и температуры нагрева. Самое интересное то, что при вытягивании оказалось возможным полу­ чать большие изделия, состоящие из одного-единствеи- ного зерна — монокристалла.

Всегда считалось, что литые детали по механическим свойствам сильно уступают деформированным. Испыта­ ния, проведенные Степановым, показали, что это не всег­ да так. Его трубы, например, оказались не хуже прока­ танных или прессованных. А ведь процесс кристал-

14

лизации в дальнейшем можно улучшить с помощью ультразвука, модификаторов, ядерных излучений.

Изобретения профессора Степанова сулят народному хозяйству колоссальный экономический эффект. Только за счет возможности легко получать тонкие трубы (сей­ час их выбирают толстыми, часто не по конструктивным соображениям, а потому, что нет тонких) машинострои­ тели и мелиораторы ежегодно будут экономить миллионы тонн металла.

Огромное количество труб в нефтяной, химической и пищевой промышленности идет на теплообменники. Из­ вестно, что оребрепная труба при той же длине и диамет­ ре заменяет в среднем восемь гладких труб. Но суще­ ствующие методы производства этих труб так сложны, что они не получили значительного распространения. Благодаря новой технологии орсбренные трубы обходят­ ся не дороже гладких, так что расход труб на теплооб­ менники резко сократится. Из трубчатых панелей будут изготовлять автомобильные и тракторные радиаторы. При этом, как показали опытные образцы, сборка их очень упростится, а стоимость упадет.

Степановская технология упростит получение слож­ ных деталей из труднообрабатываемых металлов и спла­ вов— бериллиевых, циркониевых, титановых, никелевых

идругих.

—И, конечно, утверждает профессор,— это откроет перед конструкторами новые перспективы, даст нм воз­ можность создавать турбины, двигатели, котлы, рас­

считанные па повышенные скорости, давления, темпера­ туры.

К сожалению, изобретения А. В. Степанова насчиты­ вают уже несколько лет, а воплощены в металл только в его лаборатории в Ленинградском педагогическом ин­ ституте имени А. II. Герцена.

15

—Чем же вы объясняете такое положение,— спраши­ ваю я Александра Васильевича.

—В основном, консерватизмом металлургов, прокат­ чиков, «давленцев»,— отвечает ученый.— Что ж, я их

понимаю,— спокойно добавляет он,— ведь им приходит­ ся отказываться от представлений, к которым они привы­ кали всю жизнь. И все же рано или поздно им придется это сделать.

Трудно оценить изобретения Степанова и в нескольких словах показать их значение для промышленности луч­ ше, чем это сделал академик Б. П. Константинов, ска­ завший:

«Метод А. В. Степанова еще только начинает выходить из физической лаборатории в промышленную практику. Однако перспективы его внедрения в металлургическое производство представляются поистине захватывающи­ ми. Открываются широкие возможности изготовления сложнейших изделий в новых металлургических цехах, не имеющих сложного и тяжелого оборудования. Капи­ таловложения в строительство таких цехов и соответ­ ственно сроки их сооружения будут несравненно меньше, чем это имеет место при существующей на сегодняшний день технологии.

Когда речь идет о важном техническом новшестве, каким, по нашему мнению, является метод А. В. Степано­ ва, все его значение отнюдь не становится ясным сразу. Такие новшества имеют обычно сложную и долгую исто­ рию, в которой сочетаются надежды и разочарования творцов, скепсис и нападки противников, энтузиазм при­ верженцев. В конце концов подлинно прогрессивные идеи торжествуют и находят широкое осуществление и призна­ ние. Думается, что работа А. В. Степанова близка к это­ му завершающему этапу».

Пророческие слова.

16

Литейная форма— жидкая соль

Непрерывное литье без кристаллизатора. Проволока, которую не нужно волочить

Высокочастотные электромагнитные поля, центробеж­ ные силы, поверхностное натяжение — все это, по мне­ нию профессора Степанова, можно использовать в новых способах литья.

Но наиболее перспективный путь для литейной техно­ логии открывает известный опыт французского физика Плато. Ученый впускал определенный объем одной жид­ кости в сосуд с другой жидкостью. Если удельные веса их равны и жидкости не смешиваются и не растворяются друг в друге, то впущенная жидкость обязательно при­ мет форму шара, причем в этом случае жестких ограниче­ ний для его величины нет. Теперь представьте, что впу­ щенная жидкость — расплав металла с более высокой точкой плавления, чем расплав, в который ее впустили. Очевидно, образовавшийся шар застынет и затвердеет. Подбирая состав и температуру расплавов, можно обес­ печить именно ту скорость охлаждения, которая нужна для получения качественной отливки.

Еще пару лет назад способ литья расплава в расплав, теоретически обоснованный профессором Степановым, казался чисто умозрительным. Но недавно его успешно осуществили на практике американские изобретатели Джозеф В. Шартон и Джон Л. Гайтсвойт из Коннектику­ та (патент США 3.128.513) '. Новый процесс сможет, повидимому, в какой-то степени конкурировать и с непре-

1 Ознакомиться с интересующими вас патентными описаниями можно во Всесоюзной патентно-технической библиотеке (Москва, Бережковская набер., 24). Там же можно заказать их фотокопии.

17

<

рывной разливкой, и с волочением, и даже с прокаткой. Ибо с его помощью можно получать слитки, проволоку, тонкий металлический лист.

Спроектированное изобретателями устройство пред­ ставляет собой продолговатую ванну из огнеупорного кирпича, наполненную жидким расплавом химически инертной соли. Ванна расположена рядом с плавильной печью, так что выходящее пз печи керамическое сопло погружено своим кончиком непосредственно в солевой расплав. Жидкий металл, льющийся через сопло, как бы впрыскивается в другую жидкость. В первое мгновение металлическая струйка сохраняет свою форму по инер­ ции, подобно струе воды, вырывающейся под напором из пожарного шланга. Но, в отличие от воды, металл, не ус­ певая рассыпаться на отдельные капли, затвердевает. Причем, в первый момент, когда струйка еще не «про­ мерзла» насквозь, она превращается в мягкий, как глина, стерженек с жидкой сердцевиной. Стерженек можно сразу наматывать на вращающуюся катушку. Меняя скорость ее вращения, вытягивая слиток то быстрее, то медленнее, легко варьировать сечение получающегося прутка. А кро­ ме того, можно увеличивать п уменьшать диаметр вы­ пускного отверстия сопла. Все это позволяет получать проволоку и прутки практически любых размеров.

А если нужен не сплошной пруток, а труба? Что ж, способ дает возможность отливать и трубы. В этом случае по оси вытекающей из сопла струн специальной трубкой вдувают воздух или какую-нибудь инертную газовую смесь. Мало того, комбинируя этот способ с прокаткой, пропуская незатвердевший еще пруток пли трубу через фасонные вальцы, легко придавать заготовкам самые разнообразные формы. Удастся ли прокатать полужид­ кий металл? Безусловно. Это уже доказал своими работа­ ми члеп-корреспондепт АН БССР А. И. Вейнпк.

18

Все преимущества нового способа, его большие потен­ циальные возможности объясняются очень просто: он поз­ воляет менять скорость охлаждения заготовки в невиданно широких пределах. Ведь от скорости охлажде­ ния алюминиевого литья зависят все его свойства. При медленном охлаждении веточки образующихся кристал- лов-дендритов, похожих па елочки, получаются толсты­ ми. Между веточками скапливаются шлаки, газовые пу­ зыри, окисные пленки. Чем медленнее кристаллизация, тем крупнее становятся эти включения. II наоборот. При быстром охлаждении депдриты так быстро и такой час­ той сеткой выкидывают все новые тонкие веточки, что вредные примеси дробятся на очень мелкие части, струк­ тура металла становится более топкой, прочность и пла­ стичность его резко возрастают. Теоретически диапазон регулирования теплоотдачи в описанном способе литья равен бесконечности. Ведь по известному закону Ньюто­ на, теплоотдача пропорциональна разности температур соприкасающихся тел, а здесь она может колебаться от нуля (жидкий металл и расплав соли имеют одинаковую температуру) и до какой-то максимальной, весьма высо­ кой величины, соответствующей самой легкоплавкой соли.

Если при непрерывной разливке, когда теплоотдача к охлаждающей жидкости тормозится стенкой кристалли­ затора, нельзя получить тонких сечений, при новом спо­ собе никаких ограничений нет. Кроме того, непрерывную разливку тугоплавких металлов до сих пор никому так и не удалось освоить: стенка кристаллизатора, омываемого жидким молибденом или вольфрамом, неминуемо распла­ вится. Расплавленной соли этого бояться нечего.

В отличие от волочения, когда пруток приходится мно­ го раз протягивать через фильеру, здесь самую тонкую проволоку мы получаем сразу. Кстати, если подобрать

19