Техника - молодёжи 1978-11, страница 29

ПРОБЛЕМЫ И ПОИСКИ

между контактирующими поверхностями, — необходима определенная энергия активации. Она возникает либо при нагреве веществ до температуры плавления, либо при их уплотнении под высоким гидростатическим давлением. Есть и третий вариант, когда материал доводят до определенной, критической для него температуры, одновременно уплотняя его. Тогда однородные материалы сращиваются мгновенно (10- ³—10-⁴ с).

Значит, для того чтобы получить компактный — так техники именуют монолитный — металл, нужно связать поверхностные атомы отдельных частиц, пройдя энергетический барьер и преодолев эффект отталкивания электростатических полей поверхностных атомов;

Отсюда напрашивается вывод: добившись определенного сочетания давления, температуры и скорости деформации, с помощью молекулярного сращивания можно создавать сверхэффективные технологические процессы, объединяющие металлургию и металлообработку. Пример того — использование молекулярных сил в моей изобретательской практике.

Почти 40% всех видов лома и отходов цветных металлов и сплавов составляет стружка. До сих пор ее переплавляли и спрессовывали в герметичном резиновом «чулке», находящемся в сжимаемой жидкости. Конечно, кусочки металла — стружка, опилки, крупка и т. п. — превращались в весьма плотную, но, увы, некомпактную заготовку — внутри ее оставались поры.

Оказывается, чтобы получить монолит из стружки цветных металлов, необходима температура, равная 0,6 температуры его плавле ния, и давление 0,5—2,5 т/см². То-гда-то мы и Добьемся полного молекулярного сращивания, иными словами, бесплавильной переработки металлической стружки. Под вергнуть ее одновременному воздействию давления, температуры и деформации чрезвычайно просто — достаточно металлоотходы или порошок сжать в пресс-форме пуан-сонами-токоподводами, соединенными со вторичной обмоткой сварочного трансформатора. Под влиянием электротока куски металла сначала нагреются в местах контакта, затем, размягчаясь, обретут пла-стичность. Но ведь в это же время их со всех сторон еще и сжимают: сверху и снизу пуансоны, а по бокам их деформацию ограничивает стенка пресс-формы. И начинается образование компактной массы металла.

При экспериментах выявился удивительный парадокс — спрессо вывание-спекание стружки требует

гораадо меньше энергии, чем столь широко практикуемая переплавка металлолома.

Интересная деталь: первым попытался осуществить молекулярное сращивание стружки еще в 40-х годах советский инженер М. Т. Васильев. Правда, успеха он не достиг: опробованные им в опытах по электробрикетированию удельное давление на стружку 0,2—0,6 т/см² и плотность тока 0,01—0,15 А/мм⁸ были явно недостаточными.

Но н когда эти показатели отвечали условиям, брикеты получались пористыми из-за воздуха и газов, «застрявших» в металле при спрессовывании. Пришлось отказаться от заманчивой идеи одностадийного превращения стружки в готовые изделия и сначала спрессо вывать заготовку под высоким гидростатическим давлением в эластичной оболочке.

После серии экспериментов роди лась идея: покрывать спрессованный монолит электро- и теплоизолирующей оболочкой. Без нее ноздреватые, обтянутые коркой образцы напоминали скорее швзйцарский сыр, чем металл.

Немало времени отняли поиски состава покрытия, которое не должно было изменять своих защитных свойств под воздействием газов, выходящих из пор заготовки. Добившись успеха, мы стали получать монолиты не только из бронзовой, но и из титановой стружки и даже «спекали» смеси из металлических и керамических компонентов. Дэ сих пор такое было возможно лишь в глубоком вакууме!

Внедрение в промышленность безвакуумного экспресс-способа переработки не тольк-о сократит процесс получения металлокерамиче-ских изделий (с 6—16 ч до 4— 6 мин) и освободит для других операций высоковакуумные пзчи. По самым скромным подсчетам, экономический эффект, который сулит способ только на порошкообразных отходах титана, может составить миллионы рублей

Весьма перспективным представляется прессование (экструзия) — бесплавнльная переделка стружкн цветных металлов в готовые профили типа прутков, труб, угольников, тавр и т. п. При экструзии стружку за один цикл уплотняют и деформируют. Сразу же заметим — ни один другой технологический процесс не создает условий, столь благоприятных для полного сращивания металла. При этом удельное давление (до 25—30 т/см²) позволяет обрабатывать стружку, нагре тую ннже температуры поверхности частиц, разрушает пленки окислов. В результате образуется однородная структура из разных исходных компонентов.

Технологические схемы метода экструзии могут быть самыми разными. Стружку обрабатывают в герметичном металлическом стакане и в газонепроницаемой оболочке, возможны горячая прессовка нагретой заготовки и гндроэкстру-зия стружкн в графитовом сосуде и т. п.

Причем в любом случае исключены потери от угара при плавлении (а это 5—6% всего металла), резко сокращены отходы — та же стружка — при механической обработке: форма заготовки максимально приближена к очертаниям дета ли. Экономическая эффективность бесплавильной переработки отчетливо видна на одном только примере. Ежегодно наши заводы обращают в отходы до 150 тыс. т бронзы и латуни. Избавившись от потерь при угаре — а это 52 кг на тонну, — мы увеличим выпуск бронзы и латуни на 7,5 тыс. т и получим до 4,6 млн. руб. экономии.

Вторым примером использования молекулярных сил может быть формовании керамических и метал лопорошковых заготовок. Лет сто назад им занимались лишь гонча ры да творцы фарфоро-фаяисовой посуды. В конце прошлого века, когда появились линии электропередачи, эту профессию освоили изоляторщики, а потоп! и метал лурги. Сейчас этой технологией занимаются специалисты по радиоэлектронике, вычислительной технике, полупроводникам и даже космосу.

Какие же проблемы волнуют металлургов, знатоков порошкообразных материалов? Оказывается, Чтобы улучшить формуемэсть, в состав порошка вводят связующие элементы и пластификаторы, которые, к сожалению, загрязняют исходный материал — металл. Если же вы попробуете удалить ножсла тельные компоненты нагреванием или выжиганием, то возникают поры, трещины и раковины, увеличивается объемная усадка, да н весь цикл создания изделий весьма удлиняется.

Конечно, хорошо бы вообще обойтись бея связующих и пластифика торов, то есть одними силами молекулярного сцепления.

Как же решить эту задачу? Мыс ленно прокручиваю все стадии процесса формования. Первые кадры — под могучим натиск-ом поршня гидравлического пресса начинается «укладка» частиц вплотную за счет пустот между иими. Затем уплотняются и деформируются сами частицы порошка. А дальше? Давление растет, значит, должно наступить и молекулярное сцепление между деформированными ча-стипами дисперсного материала.

Стоп. Увы, достичь его при суще

27