Техника - молодёжи 1987-01, страница 30

металла под действием небольшого усилия напоминает то, что происходит с влажным песком в ребячьих руках. Зерна — это песчинки, а межзеренные границы — тонкие прослойки воды между ними. Из влажного песка можно вылепить все, что подскажет детская фантазия: старинный замок, фигурки зверей... Попробуйте сделать что-либо подобное из камешков — ничего не получится, все рассыплется. Но добавьте к камешкам влажный песок — и строительные возможности этой смеси сразу же увеличатся: чем больше песка, тем податливей материал.

Так и в металле. Если его структура состоит в основном из равноосных мелких зерен, то пластичность возрастает, достигая максимального уровня при полностью мелкозернистой структуре. В вязкой среде межзеренного материала сами зерна без особых затруднений как бы скользят друг относительно друга, не зацепляясь и не создавая заторов в узких местах формы. Металл в определенном диапазоне температур, почти не сопротивляясь, течет и легко принимает любую форму. Для различных сплавов температуры для сверхпластичного деформирования, разумеется, неодинаковы. Обычно они не превышают половины температуры плавления.

Все технологические процессы, связанные с использованием сверхпластичности, основаны на обработке сплавов с предварительно подготовленным ультрамелким зерном. Такие сплавы получают или специально, заранее задавая нужные свойства, или из известных промышленных сплавов, подвергая их термомеханической обработке. Ученые уже создали несколько десятков новых сверхпластичных сплавов. Еще шире гамма «старых» сплавов на основе железа, титана, никеля, магния, алюминия, меди и других металлов, для которых найдены ■ способы искусственного измельчения зерна.

Одним из основоположников технологического применения эффекта сверхпластичности стал профессор Московского института стали и сплавов Н. М. Охрименко. Успехи в фундаментальных и прикладных исследованиях, направленных на создание основ использования сверхпластичности при обработке металлов давлением, привели к формированию научных центров по данной тематике. Проб

лемная лаборатория была организована в 1982 году и в МИСиСе. Работы ее сотрудников позволили выявить основные области и направления наиболее эффективного применения этого явления.

Давайте поближе познакомимся с уникальными технологическими возможностями, которые открывает сверхпластичность.

ШТАМПОВКА... ВОЗДУХ-ОМ

Начнем с примера, пусть не столь важного в промышленном значении, зато наиболее ярко иллюстрирующего уникальную тонкость новой технологии.

Сложен и кропотлив труд мастера-чеканщика. Лучшие его изделия по праву занимают место в выставочных залах и музеях. До недавнего времени все попытки массового воспроизводства художественных металлических изделий (ваз, кубков, чаш и т. д.) оставались безрезультатными. Металл даже при самой изощренной копировальной технике не хотел принимать причудливую форму. Чеканный узор терял наиболее тонкие штрихи, свою рельефность и четкость. Словом, получалось изделие с грустным названием «ширпотреб».

И вот оказалось, что заставить металл точно воспроизвести творение чеканщика под силу... воздуху! Способным запросто деформировать металлы (даже высокопрочные!) его сделала необычная технология — газостатическая формовка в состоянии сверхпластичности. Суть ее в следующем. На зеркальную копию изделия, выполненного чеканщиком,— матрицу, накладывают предварительно нагретую до нужной температуры листовую металлическую заготовку. Сверху помещают крышку, которая плотно прижимает края заготовки к фланцу матрицы. Затем в полость между крышкой и заготовкой нагнетают воздух, который буквально «выдувает» из листа копию оригинала. При этом наружная поверхность с абсолютной точностью воспроизводит форму матрицы. Даже придирчивые специалисты-искусствоведы дали' заключение: такой процесс позволяет не только воспроизводить практически без художественных потерь изделие из металла, но и существенно расширяет возможности самих художников и архитекторов.

Другая модификация технологии газостатической формовки предусматривает не нагнетание воздуха, а его откачку из пространства между заготовкой и матрицей, создание там вакуума. Эффект тот же — заготовка под действием всего лишь атмосферного давления до мельчайших подробностей принимает форму матрицы.

Разумеется, мы привели наиболее простой и наглядный пример газостатической формовки. Области ее использования гораздо шире. Так, с ее помощью создают различные полые детали машин и аппаратов: обтекатели, панели, плоскости для самолетов, сосуды для химиков — и все из высокопрочных сплавов на основе титана, магния, алюминия. Практика доказала эффективность применения этого метода и для получения автомобильных кузовов, корпусных деталей бытовой техники, скажем стиральных машин, холодильников.

Изготовление подобных деталей традиционной штамповкой связано с применением мощного энергоемкого прессового оборудования, большого числа операций, чередующихся нагревов и охлаждений, предпринимаемых для увеличения пластичности металла. Понятно, что здесь неизбежны большие потери дорогостоящего металла, дефекты готовой продукции.

Газостатическая же формовка позволяет обходиться всего одной-двумя операциями. Она гарантирует настолько высокую точность размеров и формы изделия, что отпадает даже необходимость в последующей чистовой механической доводке. Энергетические затраты при этом минимальны — давление воздуха, деформирующего металл, составляет от одной до нескольких атмосфер. А само по себе деформирование металла в состоянии сверхпластичности исключительно для него благотворно — улучшаются эксплуатационные свойства изделий, увеличивается срок их службы и надежность.

Исследователи обнаружили также, что металл в сверхпластичном состоянии обладает еще и повышенной восприимчивостью к сварке с другими сплавами. В результате удалось создать новый процесс получения высокопрочных и в то же время легких профилированных панелей.

Изюминка технологии — в совмещении сверхпластической формовки с диффузионной сваркой.

28