ТЕХНИКА ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗА

Микрометаллургия

Современную технику характеризуют две противоположные тенденции – рост гигантов и миниатюризация. Микроминиатюризация, объединяющая химические средства и малые по размерам устройства, получает все большее применение в радиотехнике и электронике. Такое направление развития техники возможно и в других отраслях, например, в металлургии.

Микрометаллургия сейчас уже имеет свою историю. Институт прикладной физики при Ленинградском университете в 1934–1935 годах начал промышленное использование токов высокой частоты для плавки, закалки и пайки металлов. Талантливый экспериментатор в области металлургии А.В. Улитовский применил плавку малых количеств металла с помощью токов высокой частоты на радиочастотных диапазонах коротких волн. В маленькой мастерской на самодельном оборудовании методом жидкой штамповки чугуна получали в смену 20 тысяч мелких деталей массой около 100 граммов каждая. Эту технологию изготовления изделий непосредственно из жидкого металла академик И.П. Бардин назвал микрометаллургией.

В 1936 году в том же институте на маленьких валках диаметром 20–30 миллиметров прокатывали ленту из жидкого чугуна шириной 2 сантиметра и толщиной десятые доли миллиметра. Весной 1937 года впервые в истории металлургии на заводе имени МОПРа была прокатана жидкая сталь и получена доброкачественная стальная лента.

Микропроволоку в стеклянной изоляции получил А.В. Улитовский в 1952–1956 годах. За эту работу ему посмертно присудили Ленинскую премию 1960 года.

Сейчас в СССР имеется уже несколько предприятий по выпуску микропроволоки. Ведущими среди них считается Кишиневское научно‑производственное объединение “Микропровод”. С 1960 года с помощью ленинградских ученых здесь было освоено промышленное производство литого микропровода в стеклянной изоляции и налажен серийный выпуск микроминиатюрных измерительных приборов.

Технология получения провода чем‑то напоминает известную сказку Андерсена про портных, которые “шили” новый костюм для короля. Размеры продукции кишиневских мастеров можно определить лишь с помощью оптики. Всего из 1 грамма металла вытягивается микропровод длиной до 1 километра.

Все основное производство заключается в индукционной печи. То, что делают эти машины, поистине фантастично – они вытягивают из горячего стекла полую трубочку тоньше человеческого волоса и “вливают” в нее расплавленный металл. Получается провод‑паутинка, который широко применяется для производства малогабаритных сверхточных приборов.

В 1980 году в литейном цехе Кишиневского объединения началось внедрение электронной автоматизированной системы управления всем технологическим процессом. Компьютер, управляющий специальными установками для литья, определяет оптимальные режимы работы и постоянно контролирует качество выпускаемой продукции. Это дает возможность каждому оператору обслуживать две установки, а также значительно повысить качество микропровода.

В лаборатории проволоки калиброванного металла Магнитогорского научно‑исследовательского института метизной промышленности изготовили тончайшую железную проволоку, тоньше человеческого волоса. Железный “волосок” диаметром 40 микрон обладает высокими электрофизическими свойствами и широко используется в различных узлах и элементах электронной аппаратуры.

Переход на массовое производство микроминиатюрных приборов, превосходящих по своим качествам обычные, ежегодно сберегает тысячи тонн цветных металлов и трансформаторной стали, экономит многие миллионы рублей.

Миниатюрный прокатный стан высотой ниже человеческого роста с мощностью электродвигателей всего 55 кВт и площадью в 25 квадратных метров создан в Киеве. Стан‑лилипут прокатывает в листовой материал холодные порошки железа, нержавеющей стали, вольфрама или смесь порошков.

Полученная из порошков широкая прессованная лента проходит операцию спекания в печи, после чего становится гибкой и упругой. Толщина ее может быть с лезвие безопасной бритвы. Таким способом из порошков получают материал с мельчайшими порами. Если через него профильтровать загрязненное масло или горючее для самолетов, то они становится совершенно чистыми.

На этом же стане можно получать биметаллический провод – алюминиевый со стальной сердцевиной, а также плотные медные, никелевые, магнитно‑мягкие ленты, проволоку, прокатанные из порошков различных сплавов: все это прекрасные материалы для штамповки деталей различных приборов автоматической и телевизионной, радио‑ и электротехнической аппаратуры.

Сотрудники ВНИИметмаша и ЦНИИчермета создали прокатный стан, который свободно умещается в… чемодане. Диаметр отдельных его валков всего 1,5 миллиметра и из них выходит лента почти в 50 раз тоньше человеческого волоса. Стан‑малютку создали в лаборатории электроники АН БССР. Вместе с двигателем его масса составила менее 5 килограммов. Используют такой стан для получения тончайших ленточек из тугоплавких металлов. Проволока, прокатываемая валками микростана, в 10 раз тоньше человеческого волоса, а получаемые ленточки – в 50 раз тоньше. Работа на агрегате ведется с помощью микроскопа, имеющего стократное увеличение. Для станов‑малюток выпускает валки новый цех Старокраматорского машиностроительного завода им. Орджоникидзе. Одни из них – толщиной с карандаш, другие – того меньше. Эти детали устанавливают на прокатных станах, выпускающих тончайшую ленту для бритвенных лезвий, часовых пружин, изделий точной механики. Цех удовлетворит потребности всех малых прокатных станов в стране, его проектная мощность 1500 валков в год.

Возникает вопрос: почему для сверхтонкого проката требуется так много валков? Например, для изготовления проката из особо твердых сталей на Ленинградском сталепрокатном заводе создали 20‑валковый стан. Оказывается, чем тоньше становится лента проката, тем сильнее сопротивляется металл натиску валков, тем больше действующие на них нагрузки.

Но особенно трудно прокатать тончайшую стальную ленту. Здесь обжатие металла часто идет на пределе возможного, когда уже искажается кристаллическая решетка и сближаются атомы вещества. В действие вступают огромные межатомные силы – ни одни валки не в состоянии выдержать их яростный отпор. Чтобы обойти это препятствие, прокатчики стали “подпирать”рабочие валки другими – опорными. А потом и их “вторым эшелоном” опорных валков. Так и появились многовалковые станы‑пирамиды.

Микрометаллургия проникла и в область плавки металлов созданы лабораторные установки для получения редких металлов, масса плавки не превышает десятков граммов. Однако уже и сейчас, не вскрывая вакуум‑камеру, производят множество плавок.

В микрометаллургических исследованиях возможно использование минимальных количеств веществ – от 30 до 340 граммов. Такая миниатюризация исследований резко повышает экономичность и производительность лабораторных работ: продолжительность опытной плавки снижается на 5–10 минут, стоимость оборудования, расход сырья, эксплуатационные расходы намного ниже обычных. Состав металла контролируется легко и с большой точностью, обеспечивается полнота наблюдений и надежность получаемой информации. Использование малых количеств материалов позволяет обойтись без больших запасов металла и складских помещений.

Разрабатываются новые методы микрометалловедения, которые, по мнению члена‑корреспондента АН СССР Е.М.Савицкого, в ряде случаев вытесняют трудоемкие, требующие много металла и больших объемов экспериментальной работы прежние методы.

Микрометаллургия обещает дать большую экономию дорогих материалов и высокое качество продукции.