§ 30. Економія матеріалів та електроенергії, підвищення безвідходності виробництва в металообробній промисловості

Ви дізнаєтесь

Про нові способи одержання металевих виробів, що дають змогу зменшити в декілька разів витрати матеріалів та електроенергії і навантаження на природне середовище.

Пригадайте

Чим відрізняється метал від сплаву?

Нині практична діяльність людини ввійшла в різку суперечність із довкіллям. Людина, озброївшись різними технічними засобами, здійснює величезний вплив на живу і неживу природу. Його зазнають водне і повітряне середовища, ґрунти й надра, рослинний і тваринний світ. Украй гостро стоять проблеми, пов'язані зі змінами в біосфері, здоров'ям і життям самої людини.

Встановлено, що нині за ступенем забруднення природного середовища перше місце посідають металургійна промисловість і автотранспорт — 70-85 % усього обсягу забруднень.

У розвинених країнах світу на перше місце виходять наукоємні виробництва, такі як мікроелектроніка, обчислювальна техніка, малотоннажне виробництво надчистих матеріалів тощо.

Іншим шляхом, що може пом'якшити шкідливі наслідки індустріалізації, є перехід на безвідходні виробництва, побудовані на замкнених циклах (водопостачання, повітропостачання тощо). Певні успіхи в цьому напрямі є, зокрема, й в Україні. У нашій країні зараз понад 150 підприємств, цехів і виробництв використовують замкнену систему водопостачання (Верхньодніпровський гірничо-металургійний комбінат та ін.). В Україні металургійна промисловість забруднює близько третини атмосфери, природних вод і ґрунтів. Найбільші обсяги промислових забруднень відзначено в Дніпропетровській, Запорізькій і Донецькій областях. За кількістю промислового бруду на душу населення Україна посідає одне з перших місць у Європі.

Збільшення виробництва і споживання металів — одна з найбільш характерних рис цивілізації кінця XX — початку XXI ст. Незважаючи на відкриття і масове застосування великої кількості нових неметалевих конструкційних матеріалів, метали все ще відіграють величезне значення у сучасному світі.

Так, за останні 20 років світове виробництво заліза збільшилося приблизно в 2,7 рази, міді — у 2,3, алюмінію — у 4,7, нікелю — у 4, цинку в 2, титана — у 17 разів.

Як відомо, велику частину металевих напівфабрикатів одержують за традиційною технологічною схемою: плавлення металевих заготовок — кристалізація одержання розплаву в злиток — деформування (прокатування з метою одержання листового та сортового прокату) злитка і надання сортовому прокату шляхом різання форми, заданої креслеником виробу. Результатом такого технологічного процесу є значні витрати енергії та отримання відходів (стружки), які погано піддаються вторинному використанню.

Одним із сучасних методів одержання виробів з металу є їх формування з металевих гранул у спеціальних формах, які точно відтворюють кінцеву форму деталі без застосування механічної обробки. Складовою частиною цієї технології є технологія гранулювання металів і сплавів, тобто одержання їх у вигляді невеликих кульок розміром від 0,001 до 0,2 мм і більше (мал. 195, а).

Після одержання гранул із потрібними властивостями з них формують найбільш відповідальні деталі машин та механізмів, які працюють в умовах великих, часом екстремальних, навантажень. Для цього гранули піддають процесу спеціальної очистки, а потім — тривалому пресуванню в умовах великого тиску й високої температури (мал. 195, б).

Мал. 195. Схема виготовлення виробів із гранул: а — одержання гранул; б — формування деталі; в — види продукції, яку одержують за технологією гранулювання металів і сплавів

Тиск у робочій камері контейнера, де здійснюється пресування деталі з гранул, створюється за рахунок подачі попередньо стиснутого до 300-500 атм* інертного газу аргону, який запобігає окисленню поверхні гранул (для порівняння, тиск у камері велосипедного колеса становить 2-4 атм). При цьому аргон витискає з камери повітря, що міститься там на початку пресування. Під час нагрівання до 1200 °С тиск аргону, що міститься в замкненому просторі камери, підвищується до необхідної величини — 2000 атм.

* Атмосфера — позасистемна одиниця тиску (атм), що приблизно дорівнює атмосферному тискові на поверхні Землі на рівні Світового океану.

Подібні умови на частки секунди виникають, наприклад, у каналі дула гармати під час пострілу. У пристроях, що працюють за технологією гранулювання, такі умови забезпечуються протягом багатьох годин роботи. При цьому гранули спікаються в одне ціле — монолітний виріб.

Технологія виготовлення металевих деталей із гранул надає додаткові можливості виробництву (мал. 195, в):

одержання виробів складної форми без додаткової механічної обробки;
використання камер із високим тиском та температурою дає змогу ущільнювати вироби, одержані литтям;
у камерах, де формуються деталі з металевих гранул, також можна відновлювати деталі, що вичерпали свій ресурс роботи. Обробка високим тиском та температурою приводить до зникнення мікротріщин та явища «втоми металу» у цих деталях.

У наш час за цією технологією із нікелевих сплавів виготовляють відповідальні деталі для турбореактивних двигунів (мал. 196). Усе технологічне устаткування для виробництва таких деталей становить високопродуктивну безупинну технологічну лінію.

Мал. 196. Жароміцні деталі з нікелевих сплавів для турбореактивних двигунів

Підвищення жароміцності деталей дає можливість істотно знизити їх масу. Таким чином, економія таких дорогих і дефіцитних металів, як нікель, кобальт, вольфрам, ніобій, хром, при виготовленні деталей за новою технологією становить понад 50 %. Це означає, що велику кількість надзвичайно високоміцного металу не потрібно буде зрізати із заготовок і перетворювати на стружку. Адже для того, щоб зняти з заготовки із високолегованого жароміцного сплаву 1 кг стружки, треба витратити 1-1,5 години роботи металорізального устаткування.

У наш час дедалі більшого значення в різноманітних галузях нової техніки набувають титанові сплави. Переведення виробництва деталей із титану на процеси гарячого пресування з титанових гранул дало ще більший ефект, ніж на нікелевих сплавах. Це пояснюється тим, що застосування таких нових технологій для виготовлення виробів із титана дало змогу у 2-3 рази зменшити витрати високовартісної сировини для його виробництва — титанової губки (яку одержують із титанових руд в Україні — ільменіта і рутила) і легованих металів, а також знизити трудомісткість механічної обробки за рахунок зменшення припусків.

Те саме стосується цієї технології у виробництві ряду виробів з алюмінієвих сплавів. У першу чергу це стосується тих сплавів, що мають якісь спеціальні якості, наприклад, особливо високу міцність, зварюваність, жароміцність. Нові технології дали змогу одержувати такі алюмінієві сплави, про які зовсім нещодавно не можна було і мріяти. Це — промислове виробництво високоміцного алюмінієвого сплаву, одержаного з гранул, що, як і алюміній, у 2,5 рази легше заліза й водночас має стійкість легованої сталі. Впровадження таких сплавів докорінно змінило конструкцію відповідальних деталей, механізмів та агрегатів і технологію їх виробництва в ряді машинобудівних галузей. При цьому залишаються і ті переваги нових процесів, що дають змогу зменшити використання металу на одиницю продукції і знизити трудомісткість обробки заготовок. Тобто економія грошей, металу, енергії і менший вплив на природне середовище.

Завдяки цій технології створено можливості безвідходного виробництва у металообробці, тому що весь метал або сплав, що надійшов у процес обробки у вигляді гранул, йде на формування виробу.

Чи добре засвоїли?

1. Які переваги має технологія виготовлення деталей із металевих гранул?
2. Які додаткові можливості дає обладнання, що використовується для формування деталей із металевих гранул?
3. Назвіть основні метали і їх сплави, із яких виготовляють вироби за гранульною технологією.

Поясніть