авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 9 |

«Учебно-методический центр «Промагромаш» ОАО «Белкард» «Промышленность региона: проблемы и перспективы инновационного развития». ...»

-- [ Страница 4 ] --

Гродненский регион, характеризующийся развитым агропромышленным потенциалом, испытывает существенные трудности в научном обеспечении инновационного развития субъектов хозяйствования, входящих в перерабатывающий комплекс, секторы стройиндустрии, химического синтеза и машиностроения. Сложившаяся неблагоприятная тенденция обусловлена отсутствием в регионе ведущих научных и высших учебных заведений технического профиля, формирующих стратегию развития региона на базе современных новшеств в области ресурсосбережения и эффективного менеджмента.

Вследствие этого региональный интеллектуальный ресурс, формируемый инженерно-техническими и управленческими кадрами, реализуется не в полном объеме, о чем свидетельствует недостаточное число инновационно активных субъектов хозяйствования, низкий уровень создания и использования объектов промышленной собственности в виде патентов на изобретения, полезные модели и промышленные образцы. В значительной мере проявляющиеся негативные тенденции инновационного развития региона обусловлены отсутствием сложившейся инфраструктуры интеллектуального обеспечения производственной деятельности субъектов хозяйствования агропромышленного комплекса. Анализ особенностей формирования и развития интеллектуального регионального ресурса свидетельствует о перспективности интеграционного подхода к формированию инфраструктуры интеллектуального обеспечения инновационной деятельности, основанного на совокупном использовании материально-технологических, научно-исследовательских, управленческих и административных ресурсов всех участков процесса разработки, производства и реализации инновационной продукции. Особую перспективу имеют кластерные инновационные структуры, сформированные на базе ведущих промышленных предприятий и ВУЗов региона. Для формирования региональных инновационных кластеров с высоким и прогрессивно развивающимся творческим потенциалом целесообразно трансформирование сложившихся концептуальных подходов к процессу подготовки инженерно-технических кадров для региональных предприятий и перрманентному повышению их квалификации в соответствии с тенденциями развития мировой экономической системы и государственной политики.

Эффективным направлением совершенствования инженерного образования в Гродненском регионе является формирование научно-учебно-производственных центров, в которых с использованием логистических принципов обеспечиваются условия для эффективной целевой подготовки специалистов для конкретных субъектов хозяйствования региона на базе современного научно-исследовательского, технологического, организационного ресурса и современных методик обучения. Подобный подход обусловливает эффективное развитие информационных, нормативно-правовых, образовательных, управленческих и др. компонентов инновационной деятельности на всех стадиях жизненного цикла продуктов с высокими потребительскими характеристиками и рыночным потенциалом. Перспективной формой инновационных научно-учебно-производственных кластеров являются научно-технические и учебно-методические центры, функционирующие в регионе на промышленных предприятиях с выраженным акцентом инновационного развития.

Расширение спектра инновационных кластеров в Гродненском регионе целесообразно осуществлять в рамках единой стратегии развития с использованием региональной научно-технической программы при оптимальном участии научных и учебных организаций и учреждений Академии наук, Министерств образования и промышленности.

РАЗДЕЛ 2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И РЕСУРСОБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ УДК 629.1. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ АВТОКОМПОНЕНТОВ ПОВЫШЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ЗАВОДОВ РОССИИ В.И. Кравченко ОАО «Белкард», г. Гродно Рассмотрены перспективы развития рынка автокомпонентов в России, основном производителе автомобильной продукции в странах СНГ. Определены наиболее эффективные направления совершенствования и создания автомобильных агрегатов для автотрактростроения.

Введение. В соответствии с Постановлением № Правительства в Российской Федерации осуществляется планомерное расширение производства автотракторной техники, в т. ч. импортного производства.

Анализ парка легковых автомобилей России свидетельствует о его росте в 2006 г. на 4,8 %. Парк иномарок возрос на 16,4 %, и его доля в общем объёме составила 28,2 %.

За шесть месяцев 2007г. производство иностранных моделей, выпущенных в России, по сравнению с аналогичным периодом прошлого года увеличилось на 78,9 %;

их доля в общем производстве выросла до 34 %. В связи с этим необходимо установить основные направления формирования рынка автокомпонентов в России, которая является основным производителем автомобильной техники в СНГ.

Результаты и обсуждение. Примерно треть выпускаемых в Российской Федерации легковых автомобилей являются иномарками, собранными на её территории. Темпы прироста производства этих моделей достаточно высоки и, с учётом вновь реализуемых проектов «промышленной сборки», эта тенденция в ближайший период будет превалировать при снижении доли традиционных российских машин. Данный вывод подтвержден табл. 1.

Таблица 1.

Производство иномарок в Российской Федерации в 2006 2007г.г.

6 мес.

2007/ 6 мес. 6 мес.

Фирма – модель – город 2006 г. 6 мес.

2007г. 2006г.

2006, % 1 2 3 4 ООО Автомобильный завод «ГАЗ»

– 9 - - GAZ Marshal S-5 – Н.Новгород ЗАО «Автомобили и моторы Урала» (АМУР) –ZX Landmark, - 493 - Geely CK-1 – Новоуральск Группа компаний ЗАО «Автотор» – 40 087 41 734 9 372 445, Калининград ЗАО «GM-АВТОВАЗ» – 47 946 26 488 22 836 116, Шевроле Нива – Тольятти ООО «ТАГАЗ» – 48 397 25 309 19 910 127, Ростовская область ОАО «Автофрамос» – Москва 48 545 30 073 22 627 132, ЗАО «Форд Мотор Компании» – 62 409 37 568 27 770 135, Ленинградская обл.

ОАО «ИжАвто» – KIA Spektra, RIO, Sorento – 22 210 26 174 10 742 243, Ижевск ОАО «Завод микролитражных 1 422, автомобилей» (ЗМА) – 4 528 14 433 1 Набережные Челны Уральская автомобильная компания 54 40 25 (ФГУП ПО «Златоустовский маш.

завод») ВСЕГО 276 185 204 493 144 303 178, На основании результатов работы предприятий за первое полугодие прошлого года производство легковых автомобилей в России в 2007 г. в соответствии с данными табл. 2 составило 1260 тысяч штук, или на 7,7 % больше, чем в 2006 г.

Таблица 2.

Прогноз развития производства зарубежных компаний в режиме «промышленной сборки» в 2010г.

Мощности, создаваемые Фирма – город к 2010 году, тыс. шт. в год ООО «Нисан Мотор РУС» – С-Петербург ООО «Дженерал Мотор Авто» – С-Петербург ООО «Тойота Мотор Мануфэкчуринг Россия» – (Санкт-Петербург ОАО «Автофрамос» – Москва ООО «Фольксваген РУС» – Калуга ЗАО «Форд Мотор Компани» – С-Петербург ОАО «ИжАвто» – Ижевск ОАО «ЗМА» – Набережные Челны ОАО «Северсталь-Авто Елабуга» – Елабуга ЗАО «Джи Эм-АВТОВАЗ» – Тольятти ЗАО «Автотор-холдинг» – Калининград ООО «ТагАЗ» – Таганрог Компания «Объединенные транспортные технологии» (ОТТ) – Нижний Новгород ВСЕГО Сборка автомобилей иностранных моделей в России продолжает набирать темпы, и их производство может к 2010 г.

превысить 1,1 млн. штук в год.

Рассматривая грузовой парк автомобилей России, также следует отметить снижение общего числа автомобилей, произведённых в СНГ, то есть зависимость отечественного грузового парка от поставщиков из стран дальнего зарубежья всё больше возрастает. Так, например, в 2006 году прирост парка грузовых автомобилей составил только 1,7 %, а импортные в его составе увеличились на 7,11 % (табл. 3).

Можно предположить, что активизация введения процессов «промышленной сборки» в грузовом автомобилестроении ещё более усилит эту зависимость и приведёт через 4-5 лет к аналогичным последствиям, которые имеются сегодня в легковом автомобилестроении.

Автобусный парк в России ещё в 2006 году достиг 824 тыс.

единиц и состоит почти на 25% из импортных автобусов. Если общий парк автобусов в 2006 году увеличился на 4%, то количество импортных выросло на 5,3%. При этом рост доли импорта в парке обеспечивается почти исключительно за счёт ввоза автобусов из-за рубежа, так как организация производства зарубежных моделей автобусов на территории России находится пока в начальной стадии (0,7% от общего выпуска в 2006 году).

Таблица Производство грузовых автомобилей иностранных моделей в России в 2006 – 2007 годах 6 мес. 2007/ 6 мес. 6 мес.

Фирма (модель, город) 6 мес. 2006, 2007 г. 2006 г.

% ОАО «УАЗ», г. Ульяновск (шасси – – «ISUZU») ЗАО «Автомобили и моторы Урала»

АМУР 4346 (ТАТА613) (г/п 4,0т) ТАТА 157 118 75, 407 (г/п 2,8 т) Группа компаний «Атотор» ЗАО, г.

Калининград YUEJIN, Zhong Xing, Great 337 894 265, Wall Socool, Great Wall Saior ЗАО «ВТС Зеленоград» (Volvo FH-12;

226 252 111, FM-12) ООО «Ивеко-УралАЗ», Челябинск. обл.

66 167 253, (Ивеко-Урал-6329, -6362, -6529) ООО «ТАГАЗ», Ростовская обл. (Hyundai 3663 5015 136, Porter) ВСЕГО 4449 7150 160, Следует отметить, что в первом полугодии 2007 года прирост объёма сборки иностранных моделей на территории России составил 2,2% от общего выпуска автобусов (увеличение в 5,4 раза по сравнению с соответствующим периодом года) и достиг 905 единиц (табл. 4).

Наблюдается не только увеличение объемов выпуска автомобильной техники, но и адекватное увеличение производства автокомпонентов различного функционального назначения: карданных валов, фланцев, ШРУСов и т. п. Так, например, по данным аналитического обзора ОАО «АСМ холдинг» только в период января-августа 2007г. производство автомобильной техники, выпускаемой РУП «МАЗ» и ОАО «АЗ «УРАЛ» выросло на 110,2% и 162,7% соответственно (рис. 1-3).

Таблица 4.

Производство автобусов иностранных моделей в России в 2006 – 2007 годах 6 мес. 2007/ 6 мес. 6 мес.

Фирма (модель, город) 6 мес. 2006, 2007 г. 2006 г.

% ООО «Скания-Питер», г. С.-Петербург 129 65 50, (OmniLink. OmniLine) ООО «ЕвроБус Русслэнд», г. Коломна 26 148 569, (Микроавтобус Sprinter) Павловский автобусный завод 1 12 1200, (Микроавтобус Ford 3030) ОАО «ГолАЗ», Московская обл.

10 121 1210, (Микроавтобус Ford) ООО «Ростовский завод грузовых автомобилей» (ТагЗГА) (Микроавтобус – – Hyundai County) ВСЕГО 166 905 545, Аналогичные конструкции (за счёт использования импортных комплектующих ведущих мировых производителей автокомпонентов) начали применять ряд автобусных заводов, например, ООО «КАВЗ», ООО «ЛиАЗ», ООО «БАЗ», ЗАО «ЛАЗ», а также ОАО «ХК «АвтоКрАЗ» и другие.

Рис. 1 Диаграмма роста производства автомобильной техники Рис. 2 Диаграмма роста производства фланцев агрегатов для РУП «МАЗ» по фактическому и прогнозируемому выпуску Рис. 3 Диаграмма роста производства фланцев агрегатов для ОАО «АЗ «УРАЛ» по фактическому и прогнозируемому выпуску Необходимо отметить преобладание на мировом рынке автомобилей переднеприводных машин, в конструкции которых для привода передних колес используются приводные валы с шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС). Кроме того, немалая доля принадлежит полноприводным машинам, трансмиссионные карданные валы которых вместо традиционных шарниров с крестовинами укомплектованы ШРУС.

Данный вывод подтверждают материалы Международной выставки «Автофорум-2006» в г. Москве (рис. 4, 5).

Рис. 4 Рынок новых автомобилей (распределение долей автомобилей с различными схемами привода) Рис. 5 Рынок подержанных автомобилей (распределение долей автомобилей с различными схемами привода): F – передний привод, F+R – передний привод с подключаемым задним, R – задний привод, R+F – задний привод с подключаемым передним, Q – полный привод Приверженность производителей автомобилей к той или иной схеме привода можно проследить по табл. 5.

Таким образом, ниша потребности в приводных валах для переднеприводных машин и карданных валов с элементами ШРУС достаточно обширна.

Необходимо отметить, что карданные валы и передачи с элементами ШРУС могут применяться и для автомобилей с задней схемой привода. Такие валы имеют улучшенные шумовые и вибрационные характеристики и позволяют резко повысить потребительские свойства автомобилей.

На сегодняшний день реальными производителями приводных валов являются ОАО «АвтоВАЗ» (г. Тольятти) и ОАО «Серп и Молот» (г. Ульяновск). Однако они выпускают изделия только для автомобилей LADA и УАЗ, кроме того, их мощности ограничены и не позволяют в полной мере удовлетворять объемам потребления как автопроизводителей России, так и вторичного рынка.

Таблица 5.

Приверженность производителей автомобилей к схеме привода F R Q F+R R+F AUDI BENTLI AUDI KIA* CHEVROLET* BYD BMW BMW* NISSAN* JEEP CHERY CADILLAC CADILLAC SSANG YONG CHEVROLET CHRYSLER CHEVROLET* CITROEN FERRARI CHRYSLER* DAEWOO GAZ FIAT* DODGE HONDA* FORD* FIAT JAGUAR GREAT WALL FORD LADA HONDA* GREAT WALL LEXUS HUMMER HAFEI MAYBACH HUNDAI* HONDA MERSEDES JEEP HYNDAI PORSCHE KIA* JAGUAR* ROLLS LAMBOPGHINI KIA ROISE LAND ROVER LADA SSANG LEXUS* MASERATI YONG MAZDA* MAZDA MITSUBISHI* MERSEDES* PORSCHE MINI SKODA* MITSUBISHI SSANG YONG NISSAN SUBARU OPEL SUZUKI PEUGEOT TOYOTA RENAULT UAZ SAAB VOLKSWAGEN SKODA VOLVO SUZUKI* TOYOTA VOLKSWAGEN VOLVO * отдельные модели или незначительные количество Вновь строящиеся и действующие в России автосборочные заводы, несомненно, испытывают проблему локализации производства автокомпонентов на территории СНГ.

К потенциальным потребителям описываемой продукции на сегодняшний день относятся нижеперечисленные заводы;

в скобках приведена ориентировочная потребность в рассматриваемых моделях:

ЗАО «Автотор», г. Калининград (9 000 комплектов приводных валов в год);

ЗАО «GM-АвтоВАЗ», г. Тольятти (70 000 комплектов карданных валов со ШРУСами в год) ;

ООО «ТАГАЗ», Ростовская обл. (8 500 комплектов приводных валов в год);

ОАО «Автофрамос», г. Москва (8 500 комплектов приводных валов в год);

ЗАО «Форд Мотор Компани», Ленинградская обл.

(20 000 комплектов приводных валов в год);

ОАО «Иж Авто», г. Ижевск (KIA Spectra) (4 комплектов приводных валов в год);

ЗАО «Завод микролитражных автомобилей», г.

Набережные Челны (Ssang Yong Rexton) ( комплектов приводных валов в год);

ОАО «СеАЗ», г. Серпухов (Ока) (4 000 комплектов приводных валов в год);

ОАО «ГАЗ», г. Нижний Новгород (Chrysler) (60 комплектов приводных валов в год);

ЗАО “Еврокар”, Украина, г. Ужгород (20 комплектов приводных валов в год).

Расширение объемов поставок возможно и за счет вновь строящихся автосборочных заводов РФ (г. Санкт-Петербург).

Также изделия будут востребованы на рынке запчастей, где в настоящее время для иномарок предлагается либо товар оригинального производителя по высоким ценам, либо по низким ценам, но невысокого качества (Китай).

Заключение. Таким образом, анализ рынка автокомпонентов, необходимых для обеспечения динамично развивающегося производства автотранспортной техники в РФ, свидетельствует о необходимости совершенствования инфраструктуры, обеспечивающей выпуск карданных валов, ШРУСов, фланцев и др. агрегатов с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Крупнейшим производством автомобильных агрегатов в странах СНГ является Открытое акционерное общество «Белкард», которое на протяжении более 50 лет поставляет продукцию на ведущие автомобильные предприятия, в т. ч.

УралАЗ, АвтоВАЗ, КамАЗ, МАЗ и др. Учитывая тенденции развития автотранспортного производства необходимо совершенствование марочного ассортимента автокомпонентов различного функционального назначения и разработка технических решений по повышению их эксплуатационного ресурса [1].

Литература 1. В.И. Кравченко, Г.А. Костюкович, В.А. Струк. Карданные передачи: конструкции, материалы, применение. / Под ред.

В.А. Струка.– Минск: Тэхналогія, 2006. – С. 523.

УДК 621.9.048. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ:

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ А.И. Гордиенко, И.Л. Поболь ГНУ «Физико-технический институт НАН Беларуси», г. Минск Рассмотрены основные направления разработки и практического применения электронно-лучевых технологий (ЭЛ-технологий) в машиностроении. Приведены результаты наиболее эффективного применения ЭЛ-технологий при модифицировании поверхностных слоев деталей машин и механизмов, в процессах переплава металлов, получения неразъемных соединений.

Введение. Процессы модифицирования свойств поверхности металлических изделий, а также получения неразъемных соединений являются приоритетными направлениями в материаловедении и разработке перспективных технологий. Возможности традиционных методов обработки с целью повышения физико-механических свойств материалов в значительной степени исчерпаны, актуален поиск новых процессов. Принципиально новые перспективы открывает использование концентрированных потоков энергии, в том числе электронно-лучевого ЭЛ-воздействия. ЭЛ-технологии сложны и разнообразны и сопровождаются целым комплексом физико-химических процессов и явлений, определяющих формирование фазовой и химической структуры поверхностных и граничных слоев и, следовательно, их физико-механические свойства [1-6].

Таблица Направления исследований электронно-лучевых технологических процессов Направления Параметры ЭЛ Области исследований воздействия применения Закалка U = 10-60 кВ;

q ~ 200-3000 Вт/cм2;

Машиностроение, поверхности t ~ 1-10 с;

Q ~ 1 - 10 кДж инструментальное производство Пайка СТМ U = 10-60 кВ;

q ~ 100 - 200 Вт/cм2;

Инструментальное t ~ 10-120 с;

Q ~ 10 - 20 кДж производство Сварка Машиностроение U = 60 кВ;

q ~ 104 - 5106 Вт/cм2;

V ~ 1 – 100 мм/c;

Q ~ 20 - 500 кДж Наплавка, Формирование U = 10-60 кВ;

q ~ 103 - 5104 Вт/cм2;

нанесение износо- и t ~ 1-10 с;

Q ~ 50 – 500 кДж покрытий коррозионностойких слоев Оплавление, U = 10-60 кВ;

q ~ 200-2500 Вт/cм2;

Рафинирование переплав t ~ 10-1000 с;

Q ~ 50 - 3000 кДж металлов, получение сплавов За последние 20-30 лет в значительной степени раскрыты особенности ЭЛ-переплава, сварки, испарения металлов с осаждения покрытий. Изучаются методы поверхностной закалки сплавов. Однако их промышленное применение требует теоретического и экспериментального изучения процессов взаимодействия луча с материалами, особенностей структурно-фазовых превращений. В последние годы проводятся исследования, направленные на разработку комбинированных вариантов упрочнения с применением концентрированных потоков энергии. Однако перспективы использования ЭЛ-нагрева для создания таких методов в литературе практически не изучены, отсутствуют модели формирования поверхностных и переходных слоев при нанесении покрытий на основу. Недостаточно внимания уделяется математическому и экспериментальному моделированию процесса наплавки покрытий концентрированным потоком электронов. Набор решенных задач для случаев не только объемных, но и поверхностных тепловых источников, до сих пор весьма ограничен. Не исследована обработка предварительно нанесенных пористых покрытий с учетом их усадки и возможности протекания экзотермических реакций.

Направления исследований. При реализации методов ЭЛ-модифицирования материалов, в зависимости от условий эксплуатации изделий, может проводится поверхностное упрочнение без изменения химического состава материала основы (стали, титанового сплава и др.), а также с одновременным или предварительным нанесением на основу слоя с отличным от основы химическим составом.

При получении неразъемных соединений могут быть получены такие детали, которые, будучи изготовленными из однородных (например, из одной марки стали) или разнородных материалов (детали из разных марок стали или узлы «керамика– металл»), способны противостоять интенсивным внешним воздействиям. Методы получения соединений сваркой по физической природе близки к процессам разделения, сверления, резки, гравирования материала, прошивания в деталях отверстий.

Основными параметрами обработки, которые в совокупности формируют температурное поле в заготовке и определяют характер реализуемого процесса, являются ускоряющее напряжение U, ток луча I, удельная мощность q в месте воздействия луча на материал, длительность нагрева t или скорость перемещения луча V. При этом для осуществления конкретного метода обработки затрачивается некоторое количество энергии, передаваемой заготовке лучом, что определяется энерговложением Q. В таблице представлены и расположены в порядке возрастания характерных значений Q для обработки одного изделия основные направления выполняемых в ФТИ исследований.

Применяется непрерывное, импульсное распределенное или сосредоточенное воздействие электронного луча на материалы. Каждый вид имеет свои особенности, приводит к проявлению разнообразных физических эффектов и к активации различных физических и химических процессов [1]. Так, импульсная обработка потоком электронов большой удельной мощности приводит к быстрому расплавлению поверхностного слоя, разбрызгиванию жидкого металла, испарению, образованию каверн, перемешиванию материала. Явление кинжального проплавления c использованием луча большой удельной мощности, используемое при сварке, не укладывается в рамки чисто теплофизических представлений. В зависимости от ускоряющего напряжения или кинетической энергии электронов для них характерна различная глубина проникновения в материал. Тип воздействия может изменяться от поверхностного до объемного. В первом случае глубина проникновения электронов много меньше характерного теплового масштаба. Во втором случае, типичном для релятивистских электронов, максимальное энерговыделение наблюдается на глубине до нескольких сантиметров, превышающей размеры традиционной области обработки. Под действием электронного луча в поверхностном слое активируются разнообразные процессы переноса, приводящие к перераспределению элементов и образованию градиентных слоев с постепенным изменением состава. В условиях целенаправленной обработки больших поверхностей деталей, имеющих различную форму, важную роль приобретает способ перемещения детали и режим сканирования луча, позволяющие говорить о равномерной обработке детали. Исходная форма пучка электронов задается электронной оптикой и определяется целью применения – для переплава и получения слитков, а также для испарения металлов луч имеет в сечении круговую или прямоугольную форму, для сварки и модифицирования материалов используют аксиально-симметричные пучки.

В зависимости от способа развертки луча источник теплового воздействия может быть сформирован как отдельная точка или зона из серии последовательно нагреваемых точек любой конфигурации, в виде линии, полосы, прямоугольника, круга и т.д. При этом распределение плотности энергии в эффективном источнике может быть равномерным вдоль поверхности, либо неравномерным, с зависящим от координат значением плотности.

Экспериментальные исследования при разработке ЭЛ технологий дорогостоящие, поэтому большое значение приобретает математическое моделирование, при осуществлении которого приходится сталкиваться с многочисленными трудностями. В первую очередь, это связано с невозможностью учета в одной модели всех физических процессов, отличающиеся друг от друга характерными масштабами и скоростями. Процедура включает в себя построение физико-математических моделей, адекватных условиям эксперимента;

проведение аналитических оценок и выявление определяющих параметров;

оценку значений параметров или их экспериментальное определение;

разработку численных алгоритмов и подробное параметрическое исследование сформулированных моделей или вычислительный эксперимент. Только совместная работа экспериментаторов, теоретиков и технологов позволяет осуществлять предварительный анализ технологического процесса и исследовать его отдельные стадии. С использованием численного моделирования появляется возможность управлять детальностью анализа, что особенно важно для объектов малых размеров.

Методы модифицирования поверхностей материалов и деталей с помощью ЭЛ-технологий. Выделение основных явлений, определяющих формирование свойств материалов, и использование математического моделирования в свое время позволило глубоко продвинуться в понимании физики процессов сварки, резки, технологий синтеза материалов и др.

[1-5, 7]. Опыт, накопленный в разных областях, был частично использован при разработке методов ЭЛ-модифицирования поверхности [3-6]. Установлено, что механические, физико химические и эксплуатационные свойства материалов во многом определяются тепловым режимом воздействия или такими характеристиками, как параметры технологического цикла (температура, скорость нагрева и охлаждения), градиенты температур, скорости плавления и кристаллизации. Поэтому изучение тепловых процессов при ЭЛ-обработке открыло исследователям возможности для управления технологическими параметрами с целью получения заданных свойств материалов [8]. Но этого оказалось недостаточно. Формирование свойств материалов в процессах их синтеза и обработки с использованием высокоэнергетических источников в значительной степени зависит от разнообразных физико химических превращений в прогретых слоях, от массопереноса, влияющего на превращения и формирование переходных слоев, от структурных изменений (например, накопления трещин и пор), от внутренних напряжений и деформаций.

Большинство известных теоретических работ в данной области посвящено анализу теплофизических процессов в зоне воздействия луча или изучению характера гидродинамического течения в ванне расплава, форма и размеры которой зависят от типа движущегося эффективного источника тепла, соответствующего режиму обработки. Роль всевозможных физико-химических процессов сводится лишь к изменению величины этого эффективного источника. На самом деле различные процессы, протекающие совместно в неравновесных условиях, характеризуемых основными технологическими параметрами, непосредственно влияют на динамику температурного поля. Их непосредственное включение в математические модели, наряду с учетом геометрических особенностей обрабатываемых деталей, открывает новые возможности для управления технологическими процессами и их стадиями с целью получения заданных свойств материалов.

Применяемое для проведения ЭЛ-процессов оборудование, с одной стороны, дорогое, а с другой универсальное.

Большие экономические преимущества могут быть обеспечены при использовании модернизированных серийных установок с аксиально-симметричными пучками для реализации широкой гаммы методов обработки материалов путем варьирования основными параметрами источника воздействия. Это существенно повышает эффективность использования оборудования. Унифицированность установок позволяет легче осваивать новые технологические процессы в промышленных условиях.

К инженерии поверхности первого поколения относятся исследования по применению ЭЛ нагрева для рафинирующего оплавления металлов, упрочнения в режимах закалки при скоростном нагреве поверхностного слоя без оплавления и с оплавлением поверхности. При реализации этих методов не происходит изменения химического состава модифицируемого материала. Использование комбинации двух или большего количества разнородных вариантов упрочнения свидетельствует о становлении в настоящее время инженерии поверхности второго поколения [2-6].

Основным недостатком ранее опубликованных работ по ЭЛ-поверхностному упрочнению сталей и титановых сплавов является их некомплексность. Вопросы закалки этих материалов из твердого и жидкого состояний, диффузионного насыщения и нанесения покрытий рассматривались раздельно. Вместе с тем, при использовании только одного из этих методов невозможно существенно повысить свойства стандартных машиностроительных материалов, например, износостойкость титановых сплавов. Имеющиеся литературные данные не позволяли установить и оптимизировать характер и последовательность комбинированного воздействия на стали и титановые сплавы с целью значительного изменения их свойств.

При закалке сталей исследователи, как правило, ограничивались небольшими толщинами упрочненного слоя. Отсутствовали комплексные исследования методов закалки из твердого состояния подшипниковых, конструкционных и инструментальных сталей холодного деформирования.

В зависимости от вида и условий эксплуатации изделий может применяться один или ряд этапов обработки. В литературе не изучена возможность комплексных методов модифицирования теплостойких штамповых сталей с использованием рафинирующего ЭЛ-оплавления, термообработки материала и завершающей поверхностной ЭЛ закалки с получением больших глубин упрочненного слоя.

Показано, что скоростной ЭЛ-нагрев поверхностей изделий из инструментальных сталей, чугунов и титановых сплавов в режимах закалки без оплавления и с оплавлением поверхности приводит к дифференцированному упрочнению материала (что связано с распределением температуры от поверхности в глубь детали), к формированию в поверхностном слое новых структурных состояний. Особенностью закалки является применение высоких скоростей нагрева (103-105 С/с), что обеспечивает высокие скорости самоохлаждения материала.

Это требует использования плотности энергии 102-104 Вт/см2, однако энерговложение при этом невелико.

Методы инженерии поверхности первого поколения Оплавление для рафинирования сталей и тугоплавких металлов. При оплавлении заготовок из металлов в литературе в основном ставились задачи удаления поверхностных дефектов литейного и механического происхождения, не исследуя механизм происходящих в материале процессов рафинирования и изменений структуры и теплофизических свойств.

Отсутствовали упоминания о возможности использования ЭЛ рафинирующего оплавления для изготовления и регенерации таких ответственных и дорогостоящих изделий, как расходуемые мишени-катоды для нанесения покрытий в вакуумных установках.

Нами разработаны методы расчета оптимальных режимов ЭЛ-поверхностного оплавления и упрочнения металлических заготовок, исследовано влияние технологических параметров на характер температурного поля в обрабатываемом изделии, разработаны технологические процессы оплавления и поверхностного упрочнения [4].

При оплавлении сталей 5ХНМ, 4Х5МФС и ДИ23 в течение 60-600 с суммарное количество неметаллических включений снижается от 1,5 до 7,3 раза. После гомогенизирующего и вторичного отжигов и ЭЛ-закалки с низким самоотпуском достигается измельчение зерна и выравнивание концентрации элементов в материале. Значения твердости достигают НRC 64 66 (5ХНМ), 57-58 (4Х5МФС), 55-56 (ДИ23), что на НRC 2- больше по сравнению с максимальной достижимой твердостью этих сталей после объемной закалки. Теплопроводность в диапазоне 20-500 0С после рафинирования повышается по сравнению с исходным материалом для указанных сталей на 13 49 %, что улучшает их эксплуатационные свойства благодаря снижению градиента температур и напряжений в детали в процессе эксплуатации.

Разработаны методы оплавления и наплавки материалов для изготовления новых и регенерации изношенных мишеней из чистых Ti, Zr, сплавов Ti с Cr, Al и Zr для магнетронных и дуговых систем вакуумного распыления. Мишени используются для получения методом конденсации с ионной бомбардировкой покрытий (Ti, Al)N, (Ti, Zr)N и (Zr, Al)N. Износостойкость металлорежущего инструмента из твердого сплава Т15К6 и из стали Р6М5 с многокомпонентными покрытиями выше на 160 %, чем без покрытий и на 60 % по сравнению с инструментом со слоями TiN.

Показана эффективность оплавления поверхности заготовки из хрома марки ВХ-2К на биметаллических (медь хром) заготовках мишеней. Суммарная загрязненность материала примесями после рафинирования снижается в 70 раз, при этом обеспечивается очистка от газов и элементов с высоким давлением пара, устраняются механические дефекты в материале, что приводит к повышению процента выхода годных электронных изделий.

Поверхностная закалка. Закалка без оплавления поверхности. Толщина модифицированного слоя при упрочнении в режиме закалки из твердого состояния изделий с сечением 10-50 мм в зависимости от энергетических и временных параметров составляет 0,1-2 мм. На структуру и свойства, глубину закалки, качество поверхности изделия большое влияние оказывают технологические параметры нагрева и исходное структурное состояние материала. Степень упрочнения составляет 3,6-3,7 для исходно отожженных сталей и 1,5-1,7 для предварительно объемно закаленных. Твердость конструкционных, инструментальных и подшипниковых сталей 40, 55, У8, У10, Х12Ф1, Х12М, ШХ15 и др. достигает НRC 65 68, микротвердость 10 ГПа (сталь Х12Ф1) и 11 ГПа (сталь У10), титанового сплава ВТ9 НRC 47. В случае длительного (10–30 с) нагрева изделий из сталей 5ХНМ, 4Х5МФ, ДИ23 и ШХ15СГ с массой 0,1–2 кг и более достигается повышенная глубина закаленного слоя (до 3,5-5 мм с твердостью, превышающей HRC 45). Выяснены особенности формирования структуры сталей и Ti сплавов в результате скоростного нагрева и охлаждения при закалке из твердого состояния. Размер зерна заметно измельчается, карбидная неоднородность сталей снижается от 5-6 до 2-3 баллов. На порядок возрастает плотность дислокаций в сталях по сравнению с объемной закалкой. В Ti сплавах образуется в различных соотношениях мартенсит и типов наряду с - и -фазами. Разработан инженерный метод выбора оптимальных параметров непрерывно-последовательной закалки [4].

Проведены совместно с ВНИИ подшипниковой промышленности (Россия) и ИЭС НАНУ (Украина) эксперименты по выбору оптимальной схемы ЭЛ-закалки и отработке технологии упрочнения упорных колец радиально упорного подшипника турбобура. Подшипники этого типа разработаны для оснащения бурового оборудования, выпускаются Минским подшипниковым заводом и работают при высоких динамических нагрузках в активной среде без смазки. Они состоят из системы упорных колец, между которыми размещены шарики (рис. 1, а). В упрочненном слое (на рис. 1, б эти участки выглядят темными сегментами) достигается твердость HRC 63-64. Эксплуатационные испытания при бурении скважин для нефтедобычи показали, что срок службы подшипников с кольцами, подвергнутыми ЭЛ упрочнению, выше в 1,5-2 раза, чем изготовленных по технологии объемной закалки.

500 мм 21,3 мм а б Рис. 1. Внешний вид подшипника для турбобуров в сборе (а) и макрошлиф поперечного сечения упрочненного упорного кольца подшипника (б) Закалка с оплавлением поверхности. Закалка высокопрочных чугунов из жидкого состояния приводит к формированию мелкодисперсной квазиледебуритной структуры с цементитным слоем высокой дисперсности и сниженным содержанием несвязанного графита. Толщину упрочненного слоя можно варьировать в пределах 0,5-5 мм и выше. Высокая микротвердость (16-17 ГПа) вблизи поверхности связана с изменением фазового состава, увеличением мелкодисперсной цементитной составляющей, более равномерным распределением легирующих элементов в аустените.

Износостойкость чугунов в условиях трения о жестко закрепленные абразивные частицы (наждачная шкурка с частицами электрокорунда М40) возрастает в 3,5-10 раз по сравнению с износостойкостью в литом и закаленном состояниях [4].

Это и следующее направление имеют точки соприкосновения, поскольку задача термоупрочнения конкретной машиностроительной детали может решатся методом закалки поверхности, либо путем использования комбинированных методов. При этом надо учитывать технологические возможности предприятия, поскольку обработка по вариантам первой группы методов менее трудо-, энерго-, и материалоемкая.

Методы инженерии поверхности второго поколения.

Эти методы связаны с изменением химического состава материала – наплавкой на основу износо-, коррозионностойкого или антифрикционного материала, осаждением покрытий, позволяющих повысить одну или несколько эксплутационных характеристик изделия. Общее с предыдущим направлением – необходимость выявления характера структурообразования в материале основы при ЭЛ-нагреве без нанесения на нее покрытия. Применение комбинированного ЭЛ-воздействия обеспечивает получение комплекса характеристик упрочненного изделия, которые невозможно получить с применением традиционных методов упрочнения. В настоящее время еще трудно представить спектр всех возможностей, которые могут быть реализованы по этому направлению исследований. В ФТИ НАН Беларуси проведены и продолжаются приоритетные исследования по теоретическому и экспериментальному моделированию методов нанесения многофункциональных слоев на основу из сталей и титановых сплавов, изучению структурно-фазовых превращений в них [3, 4, 6]. Наряду с использованием широко применяемых методов предварительного осаждения покрытий (электродуговых, ХТО, газотермических, электролитических, детонационных и др.), исследуется возможность нанесения покрытий на основе экзотермических реакций СВС.

ЭЛ-обработка предварительно нанесенных традиционных покрытий, которым в исходном состоянии присущи высокая пористость, малые прочность самого слоя, его адгезия к основе и износостойкость, приводит к благоприятным структурным и фазовым превращениям в покрытии и в основе, изменениям в свойствах осажденных слоев, релаксационным процессам в дефектном материале покрытия, формированию переходной диффузионной зоны. При оплавлении покрытия пленки расплава перекристаллизуются, устраняются поры, залечиваются дефекты структуры, уменьшается шероховатость, происходит “скругление” выступающих микронеровностей. Основной результат обработки - повышение прочности сцепления и плотности покрытий, что обусловливает увеличение износо-, жаростойкости и других характеристик.

Моделирование теплофизических и физико химических процессов формирования покрытий на поверхности металлических материалов. Изучение тепловых процессов в материалах, обрабатываемых высокоэнергетическими источниками, основано на решении задач с использованием уравнения теплопроводности.

Теплофизические задачи и их решения без учета физико химических явлений оказываются подобными для процессов сварки, резки, ЭЛ- и лазерного воздействия [1, 2, 9].

Термическая обработка поверхностей материалов, не сопровождающаяся изменениями, влияющими на поле температуры, вряд ли возможна. Плавление и кристаллизация, в частности, приводят к появлению особенностей в характере температурных кривых, что отмечено в отдельных публикациях [10, 11]. Дополнительные сложности в трактовке результатов эксперимента появляются, если на обрабатываемую поверхность предварительно нанесено покрытие со свойствами, как правило, отличными от свойств основного материала. На характере температурных кривых (зависимостях температуры от времени в отдельных точках обрабатываемого образца) сказываются различие температур плавления покрытия и основы, усадка предварительно нанесенного порошкового слоя вследствие различных физико-химических процессов, что впервые было продемонстрировано в [12, 13] на примере двумерных моделей.

Дальнейшие исследования [14, 15] позволили выявить особенности в процессе термической обработки материала с предварительно нанесенным порошковым слоем в трехмерном случае при различном сочетании теплофизических свойств покрытия и основы и при различных кинетических законах процесса усадки.

В технологиях обработки материалов выбор режима обработки, кроме свойств и состава материалов, существенно зависит от формы и размеров обрабатываемого изделия.

Идеализированные представления о характере тепловых процессов и связанных с ними процессов преобразования свойств, следующие из простейших теоретических моделей, могут не иметь места для деталей реальных форм и размеров или, по крайней мере, будут чувствительны к геометрическим факторам [16].

Исследуется процесс наплавки с использованием энергии электронного луча и возможностью синтеза в конденсированной фазе. В этом случае тепловыделение в химических реакциях способствует дополнительному прогреву системы. Различный состав предварительно нанесенного слоя приводит к большому разнообразию явлений, сопровождающих формирование покрытия. В этом возрастает сложность математического описания и не только из-за увеличения числа параметров, которые нужно определять, но и за счет необходимости учета разнообразных процессов, протекающих совместно и характеризуемых разными скоростями. В [17-20] показано, что формирование химической и фазовой структуры покрытия возможно в трех различных режимах, разделяемых критическими условиями. Подобные режимы наблюдаются и в экспериментальных исследованиях – режим с медленным превращением, неоднородным по поверхности покрытия режим управляемого послойного синтеза и режим СВС, когда внешний нагрев служит лишь для инициирования реакции.

Возможны различные совмещенные способы модификации поверхностей [6, 21-25], использующие для повышения адгезионных связей покрытия с основой припои;

для получения градиентной переходной зоны – предварительный и последующий ЭЛ-нагрев;

два и более предварительно нанесенных слоя разного состава и др.

Способ предварительного нанесения покрытия или порошкового слоя также оказывает существенное влияние на его состав и структуру, так что последующая ЭЛ обработка приводит к активации разных физических и химических процессов – перемешиванию слоев в зоне обработки при расплавлении;

диффузионному перераспределению легирующих элементов;

образованию химических соединений и твердых растворов, выделению фаз;

формированию различной кристаллической структуры и т. п.

Методы комбинированного нанесения покрытий.

Разработаны принципы нанесения покрытий различного назначения на стали и сплавы Ti [4, 6, 24, 25]. Показано, что значительное повышение эксплуатационных характеристик изделий сплавов, работающих при воздействии высоких нагрузок, температур и коррозионных сред, достигается при реализации ЭЛ-наплавки, легирования поверхности и комбинированных методов упрочнения. Обработка предварительно нанесенных покрытий приводит к благоприятным структурным и фазовым превращениям в покрытии и основе, релаксационным процессам в дефектном материале покрытия, формированию переходной диффузионной зоны. При оплавлении покрытия пленки расплава (1 на рис. 2) перекристаллизуются, устраняются поры, уменьшается шероховатость, удаляются микронеровности. Основной результат обработки - повышение плотности покрытий и прочности сцепления, что увеличивает износостойкость и другие характеристики.

Путем ЭЛ-наплавки решены проблемы нанесения на стали и титановые сплавы износостойких материалов.

Наплавкой порошка из твердого сплава ВК15 (WС+15 % Со) на основу из сталей 45 и 40Х получены слои толщиной от долей миллиметра до 5 мм с перепадом твердости от HRC 50-59 до HRC 20-21 (основа). Такая сильная химическая и структурная неоднородность свойств может привести к нарушению адгезии покрытия к основе. Она устраняется путем последующего скоростного ЭЛ-нагрева с закалкой материала. Твердость наплавленного слоя при этом повышается до HRC 63-65, а в переходной зоне плавно снижается до уровня твердости основного материала (HRC 35-40). Фрактографические исследования выявили вязкий характер разрушения наплавленного и закаленного слоя, что повышает конструкционную надежность материала и позволяет применять такие композиции для изготовления деталей, работающих в парах трения и при ударном нагружении (например, ножей и штампов).

а б Рис. 2 Сканограммы поверхности плазменного покрытия из рутила в исходном состоянии (а) и после ЭЛ-оплавления (б). 1 - пленки расплава, 2 - двойники рутила Проведен анализ влияния ЭЛ-нагрева на свойства образцов из стали Ст3 с электродуговыми однослойными покрытиями (Al и 83 мас.% Ni – 17 % Al) с толщинами 150-220 мкм (Al), 75 и 200 мкм (Ni-Al) и двухслойными покрытиями (Ni-Al 50 75 мкм + Al 130-150 мкм). Исходные слои характеризуются наличием дефектов в зоне соединения с основой и пористостью до 15 %. ЭЛ-оплавление упорядочивает кристаллическую структуру покрытия, снижает пористость до 1 % и ниже.

Устраняются границы между слоями, отдельными частицами, в зоне соединения с основой образуется диффузионная зона из твердых растворов и интерметаллидов. Прочность сцепления слоев с основой увеличивается в 15-20 раз по сравнению с исходным состоянием, износостойкость при газоабразивном изнашивании в 2,5 раза, при трении в 2-3 раза, защитная способность - в 10-12 раз, скорость коррозии уменьшается в 2 4 раза. Модифицированные покрытия системы Ni-Al могут быть использованы для защиты поверхностей, эксплуатируемых в условиях воздействия высоких температур, агрессивных сред, абразивного изнашивания и трения.

ЭЛ-нагрев сталей, предварительно подвергнутых ХТО, увеличивает толщину диффузионного слоя в 1,5-2,5 раза (до 1,8 2,0 мм). Твердость стали 45, насыщенной Si, возрастает с 4 ГПа до 9 ГПа, сталей Ст 20, 9ХС, ДИ23 после борирования с 10 до 16-18 ГПа, стали 15ХГН2ТА после цементации и нитроцементации – с 5-6 до 6,5-7 ГПа.

ЭЛ обработка предварительно нанесенных на титановые сплавы плазменных покрытий TiO2 и Ni-Ti, электролитических Cr и Ni, детонационных WC-Ni и WC-Co приводит к образованию между основой и покрытием диффузионной зоны, повышению твердости, адгезионной прочности, предела выносливости, износостойкости поверхностных слоев по сравнению как со сплавами без покрытий, так и со слоями без ЭЛ обработки.

Плазменные покрытия толщиной 0,1-0,5 мм из порошков TiO2 и Ni-Ti, нанесенные на сплавы ВТ1-1, ВТ3-1 и ВТ9, имеют высокую исходную пористость (5-10 %), низкие прочность сцепления с основой (9-17 МПа) и микротвердость. ЭЛ-нагрев слоя с оплавлением основы устраняет пористость покрытия (рис.

4), концентрация элементов по переходной зоне к основе уменьшается плавно, адгезионная прочность повышается до 210 220 МПа, микротвердость до 8-10 ГПа (Ni-Ti) и 14-19 ГПа (TiO2).

В результате этого износостойкость образцов с модифицированными покрытиями возрастает в 2-5 раз по сравнению с образцами после напыления.

Изучены свойства электролитических покрытий толщиной 10-20 мкм на сплавах ВТ3-1 и ВТ20: однослойных Cr и Ni и двухслойных Cu-Cr и Ni-Cr. ЭЛ обработка устраняет их недостатки низкие прочность сцепления с основой и износостойкость. При нагреве хромового покрытия Cr перемещается в основу, а Ti в покрытие, образуется диффузионная зона из твердых растворов на основе Ti и Cr.

Нагрев способствует интенсификации процессов термодиффузионного насыщения по сравнению с печным отжигом. При оплавлении поверхности формируются легированные слои, в 10-30 раз превышающие толщину исходного покрытия, что связано с эвтектическим плавлением. В случае обработки Ni покрытий идет процесс плавления соприкасающихся слоев металлов, возрастает интенсивность легирования поверхностных слоев основы никелем с образованием интерметаллидов. Повышаются твердость модифицированного слоя (для слоя Ni с HV 400 до HV 480, Cr с HV 450 до HV 510) и толщина, соответственно до 400 и мкм. В случае двухслойных покрытий Cu-Cr твердость возрастает с HV 300 до HV 430, а глубина до 0,35 мм, для Ni-Cr твердость растет с HV 400 до HV 480, глубина до 0,8 мм.

Коэффициент трения для системы Cr ВТ3-1 (со сталью 45) после ЭЛ обработки снижен до 0,07 по сравнению с 0,18-0,20 у исходного слоя Cr. Рост адгезионной прочности покрытий позволяет увеличить нагрузки в 3-5 раз (до 10-12 МПа при испытаниях на износ без смазки и до 20 МПа – со смазкой).

Благодаря увеличению толщины и твердости слоев ресурс работы Ti деталей на изнашивание увеличен в 10 и более раз.

После ЭЛ-нагрева детонационных покрытий WC - мас. % Ni и WC – 25 мас.% Co толщиной 0,1-0,4 мм на жаропрочных сплавах ВТ8 и ВТ9 адгезионная прочность повышена с 20 до 40-60 МПа, микротвердость с 8 до 11 ГПа, а предел выносливости при базовом числе циклов 107 с 80 до 140 МПа.

Таким образом, показано, что применение комбинированных методов ЭЛ-упрочнения обеспечивает создание композиционных материалов с градиентом свойств по сечению от поверхности к основе. Достигаемое значительное повышение эксплуатационных характеристик изделий немонотонно зависит от интенсивности потоков электронов. Это позволяет предположить, что в некоторых областях параметров луча в композиционных материалах формируются специфические упорядоченные системы диссипативные структуры. Таким образом, результаты применения таких вариантов целесообразно связывать с синергетическими эффектами различных механизмов упрочнения.

Получение неразъемных соединений пайкой.

Возможность получения высокотвердых износостойких слоев неразрывно связана с актуальной проблемой их механической обработки, в том числе финишной. Традиционные операции шлифования с использованием абразивного инструмента, прежде всего алмазного, и охлаждения СОЖ трудоемкие и экологически неблагоприятные. Вместо шлифования может успешно применяется лезвийная обработка инструментом из сверхтвердых материалов (СТМ), полученным методом ЭЛ пайки [26].

Пайка с нагревом лучом небольшой интенсивности (таблица) при формировании однородного поля температур в элементе СТМ, припое и материале основы, примыкающем к СТМ, дает возможность применения адгезионно-активных припоев, снижает опасность графитизации СТМ и обеспечивает высокопрочное соединение СТМ с основой.

Материалы на основе кубического нитрида бора (КНБ) и поликристаллического алмаза (ПКА) представляют собой ковалентные вещества с устойчивыми электронными конфигурациями атомов, химически инертные к большинству металлов. Основным условием пайки является смачивание материалов сплавом, для чего в его состав должен быть введен адгезионно-активный элемент, например Ti. Математическая модель, в которой учитывается смачиваемость поверхности расплавом, представляет собой трехслойную сопряженную задачу диффузии, в которой контакт между различными материалами считается неидеальным [27].

Изучены процессы смачивания твердых тел расплавами Cu-Fe-Ti, Cu-Ni-Ti, Cu-Sn-Ti-Pb-Ni, Ag-Cu-In-Ti с растеканием по поверхности. Смачивание поверхности КНБ (с получением краевого угла = 11-35 ), твердых сплавов и сталей ( = 14-22) достигнуто при содержании до 5 мас. % Ti [6,29].

В случае соединения «КНБ – припой 72,5Ag-19,5Cu-5In-3Ti – твердый сплав ВК8» (рис. 3) припой имеет двухфазное строение, матрица - фаза на основе Ag светло-серого цвета, более темные включения соответствуют фазе системы Cu-Ti.

Поскольку смачивание не всегда обеспечивает хорошую адгезию при пайке, для закрепления СТМ к основе должны быть установлены химические связи между СТМ и припоем.


Показано, что при сочетании оптимальных условий происходит взаимная диффузия элементов, входящих в состав КНБ, припоя и основы (рис. 4), в результате чего в КНБ формируется переходной слой толщиной от 4-6 до 10-14 мкм, состоящий главным образом из соединений TiN, TiB2, Ti3B4, Ti2B5.КБ припой ВК 10 мкм Рис. 3 Микроструктура паяного соединения «КНБ – припой 72,5Ag-19,5Cu-5In 3Ti – ВК8»;

время выдержки в расплавленном состоянии 180 с припой сталь КНБ припой мкм а б d, мкм Рис. 4 Распределение химических элементов на границах разделов «КНБ – припой Cu-Sn-Ti-Pb-Ni» (а) и «припой – сталь» (б) после ЭЛ-пайки Процессы взаимодействия приводят к образованию в соединении фаз, которые могут либо способствовать формированию прочной связи с СТМ, либо ослаблять спай.

Tитан может образовывать интерметаллические соединения с металлами, входящими в состав припоя и основы. Свойства этих фаз определяются температурой пайки, временем выдержки при температуре пайки, содержанием Ti. Аналитически решены диффузионные задачи, моделирующие соединение материалов пайкой, которые далее использованы для оценки остаточных напряжений и при формулировке задачи оптимизации [28, 30].

Используя аналитические решения задач о напряженно деформированном состоянии тел канонической формы, известные в теории термоупругости, дана оценка напряжений в диффузионной зоне как в неизотермических условиях нагрева и охлаждения, так и в условиях изотермической пайки [28,30].

Напряжения, возникающие в СТМ вследствие диффузионного перераспределения элементов, можно отнести к остаточным, так как при охлаждении образца диффузия резко замедляется, распределение элементов соответствует достигнутому при повышенной температуре. Под действием напряжений в диффузионной зоне возможна генерация и размножение дислокаций, что ранее теоретически не анализировалось. Следовательно, при соединении разнородных материалов и выборе состава припоя нужно оценивать характер и величину возможных остаточных напряжений.

Экспериментальные исследования с использованием рентгеновского анализа (sin2--метод) показали, что исходные образцы КНБ характеризуются напряжениями сжатия (в среднем 200 МПа), возникающими в процессе синтеза СТМ. В элементе КНБ диаметром 5 мм и высотой 3 мм, припаянном торцевой поверхностью к стали, обнаружены напряжения растяжения в направлении, перпендикулярном торцевой поверхности, и сжимающие в направлении, параллельном плоскости торца.

Величина остаточных напряжений увеличивается по мере приближения к границе раздела КНБ припой. Для разных припоев значения составили 350-500 МПа, а 400 700 МПа. Послойное сошлифовывание КНБ выявило максимальные остаточные напряжения на расстоянии 0,5 мм от границы раздела КНБ – припой [6,29].

На основании полученных экспериментальных данных по формированию напряжений в соединении аналитически рассмотрено развитие трещин в случае их возникновения вблизи границы раздела материалов «СТМ–основа», соединенных пайкой. Предложена и численно проанализирована модель, позволившая проследить эволюцию отдельной трещины в окрестности границы раздела [6]. Установлено, что в процессе роста трещина вытягивается вдоль оси действия нагрузки и ее рост прекращается. Эффективная длина трещины пропорциональна величине нагрузки, а также исходным величинам длины и угла наклона. Для случая, когда трещина находится вблизи границы раздела материалов, получены несимметричные картины ее распространения. На рост выделенного макроскопического дефекта (одиночной трещины) значительное влияние оказывают напряжения, обусловленные различием механических характеристик материалов по разные стороны от границы раздела. Учет изменения концентрации элементов и ее влияния на механические характеристики материала показывает, что вероятно ускорение роста трещины в сторону границы раздела. Ширина области влияния диффундирующего из припоя Ti на рост дефекта оказывается существенно больше ширины области влияния «контактных»

напряжений.

Исследована прочность на разрыв и на сдвиг паяных узлов «СТМ–основа». Разрушение соединений происходит в КНБ по поверхности на расстоянии около 0,5 мм от границы раздела «КНБ-припой, в соединениях «ПКА / твердый сплав-припой сталь» по припою. Cреднее значение прочности на разрыв составляет 68 МПа, максимальное достигает 124 МПа. Величина прочности соединения на сдвиг соединений «КНБ – основа (сталь и твердый сплав)» достигает 300 МПа [29].

Решена задача оптимизации параметров процесса ЭЛ пайки разнородных материалов (СТМ и металла) с использованием построенных частных аналитических решений диффузионных задач и соответствующих им оценок напряжений в диффузионной зоне [31]. В качестве дополнительного условия ставилась задача формирования переходной зоны определенной толщины при минимизации величин остаточных напряжений.

Использованы экспериментальные данные по требуемой прочности соединения и необходимым эксплуатационным характеристикам инструмента.

При экспериментальной оптимизации пайки СТМ, исходя из получения требуемой прочности соединения и необходимых эксплуатационных характеристик инструмента, подтверждена возможность реализации процесса за 1-2 мин. при минимальном энерговложении (10-20 кДж) в инструмент.

Получение неразъемных соединений сваркой. Мощный аксиально-симметричный электронный пучок малого диаметра является высококонцентрированным источником сварочного нагрева. Его интенсивность по сравнению с дуговой сваркой очень велика (таблица), что обеспечивает быстрое плавление и затвердевание свариваемого металла. Малая зона термического влияния, идеальная вакуумная защита сварочной ванны и сопутствующая высокая степень дегазации расплавленного металла, глубокое однопроходное проплавление, дистанционное ведение сварки и малые деформации сварного изделия (необходимы минимальные или нулевые припуски на механическую обработку сварных узлов), возможность сварки тонко- и толстостенных деталей практически во всех типах конструктивных соединений, наиболее короткое время пребывания металла в расплавленном состоянии, полная воспроизводимость и управляемость процесса, высокое качество, высокая производительность, наименьшие эксплуатационные затраты являются основными достоинствами метода электронно-лучевой сварки (ЭЛС). Шов имеет минимальную ширину и высокие механические свойства. При соединении толстостенных (30–200 мм) металлических конструкций, тугоплавких и химически активных металлов ЭЛС является единственным методом сварки. ЭЛС осуществляется, как правило, в вакуумной камере и поэтому в принципе является экологически чистым процессом.

При сравнении применения технологий ЭЛС и аргонодуговой сварки для изготовления силового корпуса газовых турбин из сплава ЭП517 с толщиной стенки 6 и 49 мм показана значительно более высокая производительность (затраты времени 1,9 вместо 11 часов) и экономичность ЭЛС (отсутствие расходных материалов, меньшая масса заготовок, минимальные деформации изделия) [32].

ЭЛС применяется при изготовлении деталей в большинстве отраслей промышленности (тракторо-, автомобиле-, сельхозмашиностроении;

тяжелом, легком и машиностроении для транспорта, добычи полезных ископаемых;

энергомашиностроении;

авиационной, космической, химической, медицинской, инструментальной промышленности;

судостроении;

металлургии;

точной механике;

приборостроении;

электротехнике;

электронике и др. отраслях), но исследования по оптимизации режимов ЭЛС продолжаются.

ЭЛС является известным и развитым технологическим процессом и применяется в промышленности 30 стран мира. До 30 % установок действует в Европе и около 50 % – в США.

Наибольшее количество установок работает в автомобилестроении. На некоторых крупных машиностроительных фирмах до 40 % объема сварочного производства выполняется с помощью ЭЛС (рис. 5).

Производительность операций сварки может быть очень высокой, например, фирма PRV ZVRASK, a.s. (Словакия) выполняет в автоматическом режиме ЭЛС более 600 тыс.

теплообменников в год (показаны в нижней части рис. 5, а) при работе в 3 смены и проведением работ по обслуживанию оборудования один раз в неделю без его выключения. Загрузка деталей для сварки проводится поочередно с использованием двух шлюзовых камер.

а б Рис. 5 Установки фирм PRV ZVRASK, a. s. (Словакия) для массовой ЭЛС теплообменников (а) и PTR Praezisionstechnik, GmbH (Германия) для ЭЛС корпуса моста грузового автомобиля (б) В Беларуси парк промышленного ЭЛ оборудования пока небольшой. Имеется одна установка в ИП «Бакко Бисов» для сварки заготовок биметаллических пил и ножовочных полотен, две установки на Минском тракторном заводе. МТЗ начал работы по ЭЛС с двух наименований шестерен, сейчас таких деталей более десяти (часть работ выполняет ФТИ). Принято решение приобрести в 2008 г. специализированное оборудование.

Широкое внедрение ЭЛ-технологий является важным фактором повышения конкурентоспособности продукции на внешних рынках. Однако инженеры, главные специалисты и руководители промышленных предприятий недостаточно осведомлены о достижениях в этой области техники.

Существенное расширение промышленного использования ЭЛС в Беларуси связано с возможностью повышения эффективности производства тракторов, автомобильного, карьерного транспорта, дорожных машин, сельскохозяйственной техники.

Позиции нашего государства в мире по этим наименованиям техники достаточно сильны, однако жесткая конкуренция требует постоянного снижения производственных издержек. С помощью ЭЛС возможно изготовление роторов турбин, изделий из конструкционных металлов и сплавов больших толщин (до 300 мм): сосудов высокого давления, корпусов химических и ядерных реакторов, контейнеров для ядерных отходов. Это особенно актуально в связи с решением о строительстве АЭС в Беларуси. То, что ЭЛС может быть финишной операцией при сварке металлов толщиной до 80 мм, также определяет перспективы ее применения.


Несмотря на высокую стоимость оборудования для ЭЛС, трудоемкость и длительность подготовительных операций к сварке опыт эксплуатации установок показал, что срок их окупаемости обычно не превышает 2 лет. При этом установки для массового сварочного производства могут окупаться еще быстрее. В ISF-Welding Institute (RWTH-Aachen University, ФРГ) выполнен сравнительный анализ продольной сварки толстостенных труб (11–40 мм) большого диаметра длиной до 12 м (для газо- и нефтепроводов) несколькими методами и показано, что ЭЛС является наиболее экономичным вариантом.

Технология ЭЛС дает возможность высококачественно соединять практически все детали и узлы газотурбинных двигателей из высоколегированных никелевых и титановых сплавов. Конструкции новых двигателей разрабатываются с учетом возможности соединения деталей с помощью ЭЛС (до 90 % сварочных операций) и альтернативы этому процессу нет.

Определяющим при этом являются минимальные деформации и остаточные напряжения, высокие механические и прочностные (практически на уровне свойств основного металла) характеристики сварных соединений.

Одним из направлений повышения качества и снижения металлоемкости изделий является использование новых материалов с заданным комплексом свойств и эффективных технологий их обработки. Однако затраты на дорогостоящие материалы могут в значительной мере сдерживать выпуск новой продукции. Одним из способов удешевления является переход к комбинированным конструкциям из разнородных сталей и сплавов. Соединение разнородных металлов рационально в тех случаях, когда это необходимо по конструктивным требованиям (например, в термоэлектрических элементах и роторах электрических машин из ферро- и парамагнитных сталей и сплавов, биметаллических токосъемных кольцах, подшипниках скольжения и т. п.), а также для снижения массы изделий, что требуется при изготовлении конструкций аэрокосмической техники и в судостроении. Таким образом, в машиностроении имеется немало изделий, при изготовлении которых ЭЛС является или наилучшим, или единственным технологическим процессом соединения деталей.

Созданы развитые системы управления, контроля и диагностики функциональных систем, высоковольтные инверторные источники питания, устройства размагничивания крупногабаритных изделий путем пропускания через него импульсного электрического тока. Снабжение установок системами программного управления позволяет обеспечить полную воспроизводимость процесса ЭЛ-обработки, документирование и более быструю разработку новых технологий. Разрабатываются приборы дополнительного ультразвукового воздействия на металл в процессе сварки и другие термические процессы, улучшающие качество металла в зонах фазового превращения.

Теперь можно создавать действительно наукоемкие установки для ЭЛ-технологических процессов. Компьютерные системы управления, наблюдения за зоной воздействия и слежения за стыком позволяют осуществлять процессы сварки, модифицирования поверхности, локальной термообработки, наплавки, пайки, гравировки. Если модернизировать системы перемещения изделия или электронной пушки, электроннооптическую систему, то можно осуществлять также процессы резки, термического сверления.

Разработки физико-технического института НАН Беларуси. В ФТИ НАН Беларуси создана универсальная лабораторная установка с мощностью луча 15 кВт. Нами исследовано влияние основных параметров, изучены закономерности и оптимизированы условия формирования ванны расплава в стали при воздействии в режиме глубокого проплавления с соотношением глубины к ширине, превышающим 1. Применительно к характерным изделиям машиностроения Беларуси (шестерням и валам) решена задача получения сварного шва от 5-15 до 50 мм (рис. 6). Установлено существенное влияние на глубину ванны положения активной зоны электронного луча относительно поверхности заготовки, для получения максимального проплавления положение плоскости фокального пятна должно соответствовать 0,5-0, этой глубины. Совместно с крупными предприятиями (МТЗ, МЗШ, ММЗ, ПО «БелАЗ», «Амкодор-Ударник», «Лидагропроммаш», БЗА, МПЗ, Гомельском станкостроительным заводом) разрабатываются конструкции узлов (рис. 7). Изготовление валов и шестерен станков, задних мостов, узлов коробок передач из сталей по разработанным технологическим процессам снижает материалоемкость узлов до 50 % [24].

15 мм Рис. 6 Макрошлиф Рис. 7 Зубчатое колесо ведущего поперечного моста У2210.20Н-2-03.110 из стали сечения сварного соединения на стали 20ХН3А Наш многолетний опыт показал, что потенциальные потребители мало осведомлены о достоинствах и возможностях ЭЛ-технологий. Вместе с тем, они охотно идут на промышленное опробование технологий ЭЛ-обработки единичных образцов, опытных партий деталей, а затем и на серийное изготовление изделий в ФТИ.

Автомобильная промышленность Беларуси пока слабо восприимчива к технологиям ЭЛС. Частично это связано с тем, что ФТИ – единственный обладатель такого мощного оборудования и возможности получения соединений на установке ограничены небольшими габаритами рабочей камеры.

Совместно с рядом заводов после проведения модернизации вакуумного оборудования в ФТИ предполагается изготавливать с применением ЭЛ-обработки детали с размерами до 1,5 м и более. Это позволит существенно снизить материалоемкость и стоимость продукции.

Разработаны новые конструкции инструмента, оснащенного СТМ (рис. 8), с повышенной прочностью удержания СТМ, что существенно улучшает производительность и качество обработки деталей. Это обусловлено высокой скоростью резания, сокращением времени на переналадку оборудования и возможностью получения низкой шероховатости поверхности. Инструмент с КНБ наиболее эффективен для обработки сталей и чугунов с твердостью до 60-70 HRC, инструмент с ПКА сплавов цветных металлов (в частности Al-12-22 % Si), а также керамик (силицированного графита, SiC и др.). По сравнению с твердосплавным инструментом стойкость инструмента из СТМ больше до 25 раз (при точении сплава АЛ25). Изделия после лезвийной обработки инструментами, оснащенными СТМ, имеют шероховатость поверхности 0,05-0,63 мкм, сравнимую с поверхностью после шлифовки [26].

Инструмент с элементами из ПКА использован на Минском моторном заводе для расточки отверстий под пальцы в поршнях из сплавов Al-Si с высокими стойкостью и качеством поверхности, в ОКБ «Академическое» и ЗАО «Гидродинамика»

для обработки точением деталей пар трения (из высокотвердых силицированных графитов СГ-Т и СГ-П и карбида кремния SiC) насосов для перекачивания агрессивных жидкостей. Для Минского завода автоматических линий изготовлены резцы с элементами из КНБ для обработки деталей из закаленных сталей и чугунов.

Рис. 8 Некоторые разработанные типы инструмента, оснащенного СТМ Общий объем изготовленной за последние 10 лет с применением ЭЛ-технологий промышленной продукции в виде экспериментальных и промышленных партий деталей составил свыше 0,5 млн. долл. США.

Заключение. На основании теоретических и экспериментальных исследований установлены закономерности влияния параметров электронно-лучевого воздействия на характер температурного поля в материале и реализуемые при этом технологические процессы. Создана концепция управления ими формированием требуемого температурного поля в заготовке путем варьирования параметрами потока электронов, прежде всего плотностью энергии, временем воздействия и геометрическими характеристиками пучка с использованием модернизированного серийного оборудования. Показано, что обработка металлов и сплавов в режимах оплавления, закалки, наплавки, нагрева изделий с предварительно нанесенными покрытиями приводит к рафинированию, формированию новых структурно-фазовых состояний, упрочнению материалов и обеспечивает придание деталям из сталей и сплавов титана таких сочетаний свойств, которые сложно получить иными методами объемного и поверхностного упрочнения. ЭЛ-нагрев позволяет изготавливать высокопрочные неразъемные соединения однородных («металл-металл») и разнородных («СТМ-металл») материалов.

Литература 1. Рыкалин Н. Н., Зуев И. В., Углов А. А. Основы электронно лучевой обработки материалов. - М.: Машиностроение, 1978. 239 с.

2. Шиллер 3., Гайзиг У., Панцер В. Электронно-лучевая технология. - М.: Энергия, 1980. – 528 c.

3. Белый А.В., Макушок Е.М., Поболь И.Л. Поверхностная упрочняющая обработка с применением концентрированных потоков энергии. - Минск: Навука i тэхнiка, 1990. - 79 с.

4. Кайдалов, А.А. Электронно-лучевая сварка и смежные технология. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Экотехнология, 2004. – 260 c.

5. Шипко А.А., Поболь И.Л., Урбан И.Г. Упрочнение сталей и сплавов с использованием электронно-лучевого нагрева. Минск: Навука i тэхнiка, 1995. - 280 с.

6. Алехнович В.Н., Алифанов А.В., Гордиенко А.И., Поболь И.Л.

Электронно-лучевая обработка материалов. - Минск: Белорус.

наука, 2006. - 319 с.

7. Бойко В.И., Скворцов В.А., Фортов В.Е., Шаманин И.В.

Взаимодействие импульсных пучков заряженных частиц с веществом. - М.: Физматлит, 2003. – 288 с.

8. Анищенко Л.М., Лавренюк С.Ю. Математические основы проектирования высокотемпературных технологических процессов. - М.: Наука, 1986. – 80 с.

9. Теория сварочных процессов: Учебное пособие / Под ред. В.В.

Фролова. – М.: Высшая школа, 1988. – 559 с.

10. Физико-химические процессы обработки материалов концентрированными потоками энергии / Под ред.

С.И.Анисимова. - М: Наука, 1989. – 268 с.

11. Углов А.А., Иванов В.В., Тужиков А.И. Расчет температурного поля движущихся источников тепла с учетом температурной зависимости коэффициентов // Физ. и хим.

обраб. материалов. - 1980. - № 4. - С. 7- 12. Князева А.Г., Демидов В.Н., Олещук И.Г., Поболь И.Л.

Моделирование режимов получения покрытий электронно лучевой обработкой // 5-ая Международная конференция «Взаимодействие излучений с твердым телом», 6-9 октября, 2003, Минск. - С. 124-132.

13. Knyazeva A. G., Pobol I. L. Electron beam deposition of coating:

modelling and experiments // 7-th International Conference on Electron Beam Technologies, 2003, Varna. - P. 283 - 287.

14. Букрина Н.В., Князева А.Г., Поболь И.Л. Моделирование электронно-лучевой обработки поверхностей с учетом усадки порошкового слоя // XIV-ое межд. совещание «Радиационная физика твердого тела», Севастополь, 2004. – C. 434-438.

15. Букрина Н.В., Князева А.Г., Поболь И.Л. Влияние кинетики усадки порошкового слоя на режимы формирования покрытия в процессе ЭЛН // Физическая мезомеханика, 2004, Т. 7, Спец.

выпуск, ч.2. – С. 193-196.

16. Поболь И.Л., Ващенко С.В. Упрочнение электронным лучом деталей типа тел вращения // Передовой опыт. - 1989. - № 10. С. 26-28.

17. Knyazeva A.G., Pobol I.L., Gordienko A.I. Coating formation in SHS-regime during thermal treatment of material by moving energy source // Proceedings of the 7th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk, Russia, 2004.- P. 178-182.

18. Князева А.Г., Поболь И.Л. Формирование покрытия с использованием синтеза в конденсированной фазе и электронно-лучевой обработки // II Международная научно техническая конференция «Машиностроение и техносфера ХХI века», Т. 4, Севастополь, 12 - 17 сентября 2005 г., Донецк:

Дон НТУ. - С. 195- 199.

19. Князева А.Г., Поболь И.Л. Формирование композиционного покрытия керамика – металл электронно-лучевой обработкой // 6–я межд. конф. «Взаимодействие излучений с твердым телом», Минск, 2005. – C. 303-307.

20. Knyazeva A.G., Pobol I.L. Composition coating formation on the base of intermetallide phase using electron beam treatment // 8th International conference on modification of materials with particle beams and plasma flows. Tomsk. Russia. 10-15 september. 2006. // Известия ВУЗов, сер. Физика, 2006, Т.49, № 8, Приложение, (Томск: ТГУ). – С. 396-399.

21. Поболь И.Л. Оптимизация свойств металлических материалов электронно-лучевой обработкой: Обзор. информ. // Всесоюз. ин-т науч. и техн. информ. - М., 1989. – Вып. 2 - 44 с.

(Новости науки и техники. Сер. Новые материалы, технология их производства и обработки).

22. Поболь И.Л. Электронно-лучевая термообработка металлических материалов: Обзор. информ. // Всесоюз. ин-т науч. и техн. информ. – М., 1990. – Т. 24. - С. 99-166 (Итоги науки и техники. Сер. Металловед. и термич. обраб. ).

23. Поболь И.Л. Электронно-лучевые технологии – тенденции развития // Технологии Физтеха. Юбилейный сборник трудов.

Т. 1. – Минск: УП «Экоперспектива», - 2003.- С. 166-187.

24. Поболь И.Л. Научные и технологические основы обработки конструкционных и инструментальных материалов и получение изделий электронно-лучевым воздействием.

Дис…..д.т.н / Минск, 2006. – 340 С.

25. Gordienko A.I., Pobol I.L., Ivashko V.V. Hardening of titanium alloys using concentrated energy beams // Proceedings of the 10 th World Conference on Titanium “Ti-2003 Science and Technology”.- 2004, Vol. 2. - Р. 875-882.

26. Pobol I.L., Gordienko A.I. Tools рrovided with polycrystal diamond for cutting of diffucult-to-work materials // Euro PM Conference Proceedings. V. 3. Sintered Steels, PM Tool Materials, Viennа, Austria, 2004. - Р. 657-662.

27. Князева А.Г., Поболь И.Л. Смачиваемость расплавом поверхности разнородных материалов в условиях электронно лучевого нагрева // Сварка и родственные технологии. - 2003. Вып. 5. - С. 20-24.

28. Князева А.Г., Поболь И.Л. Оценка напряжений в диффузионной зоне соединений керамика основа // Весцi НАН Беларусi, Сер. фiз.-тэхн. навук –2001. -№ 3. - C. 61-73.

29. Felba J., Friedel K.-P., Krull P., Pobol I.L., Wohlfahrt H. Electron beam activated brazing of cubic boron nitride to tungsten carbide cutting tools // Vacuum, 2001, Vol. 62, - Р. 171-180.

30. Князева А.Г., Поболь И.Л. Анализ остаточных напряжений в соединении СТМ - основа // Cверхтвердые материалы. – 2002.

- №1. - С. 15-26.

31. Бутов В.Г., Губарьков Д.В., Князева А.Г., Поболь И.Л. Об оптимизации процесса пайки на основе теоретического исследования диффузионной зоны // Физическая мезомеханика, - 2002, - Т. 5, №1. - С. 89-93.

32. Кайдалов А. А., Гейкин В. А., Поболь И. Л., Драгунов В. К., Бутенко Ю. В. / Актуальные проблемы электронно-лучевой сварки и смежных процессов в промышленности стран СНГ // 5 - я международная конференция МЕТ-2007 «Металлы, сварка и порошковая металлургия», Юрмала, 13-14 сентября 2007 г. - C. 57-64.

УДК 621.74. О РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЯХ ЛИТЬЯ Е.И. Марукович, В.А. Пумпур ГНУ «Институт технологии металлов НАН Беларуси», г. Могилев Представлены ресурсо- и энергосберегающие технологии литья отливок из чугуна и цветных металлов и сплавов, разработанные в Институте технологии металлов НАН Беларуси: непрерывного горизонтального литья отливок из чугуна и сплавов на основе меди;

непрерывно-циклического литья намораживанием заготовок гильз цилиндров различного назначения;

непрерывного литья в валковые кристаллизаторы армированной хлористомедной ленты для водоактивируемых источников тока, а также аккумуляторных пластин для стартерных сухозаряженных аккумуляторов;

получения легко разделяемого “телескопического” слитка;

изготовления цинковых и медных анодов из отходов гальванических производств;

получения биметаллических заготовок методами центробежной наплавки и электрошлакового переплава.

Введение. Критерии энерго- и ресурсосбережения являлись и являются первичными при разработке новых производственных технологий для ученых и специалистов ИТМ НАН Беларуси. На сегодняшний день практически все технологии, разработанные учеными Института, можно отнести к категории энерго- и ресурсосберегающих. Технологии непрерывного литья, которые, в основном, и создаются в Институте, сами по себе являются энергосберегающими, по сравнению с такими, как литье в песчаные формы, по выплавляемым моделям и другими, так как при производстве одной и той же отливки при непрерывном литье энергозатраты значительно меньше за счет использования литейного оборудования малой энергоемкости, за счет высокого процента выхода годного литья и высокой производительности.

Результаты и обсуждение. Разработанные технологии непрерывного горизонтального литья заготовок деталей транспортного машиностроения из разных марок бронз, латуней и чугуна позволяют: получать отливки с высокими эксплуатационными свойствами;

экономить материальные ресурсы за счет использования при литье вторичных отходов;

повысить производительность труда;

расширить номенклатуру выпускаемых профилей за счет быстрой переналадки оборудования с одного размера на другой (рис. 1). Технологии и оборудование поставлены РУП “Гомельский литейный завод “Центролит””, ООО «БелТор-Элит», г. Мозырь, НП ООО “Цветмет” г. Жодино, предприятию “Литейный завод”, г.

Молодечно. Внедрение новой технологии и оборудования на НП ООО “Цветмет” позволило: повысить качество литья, cэкономить металл (снизились потери металла в 1,5–2 раза по сравнению с кокильным литьем), cэкономить электроэнергию на 20–30 %, повысить производительность труда в 1,2–2 раза, повысить выход годного до 90–92 %, обеспечить гарантируемый сбыт в стране высококачественных литых изделий, поставляемых, в частности, и для предприятий машиностроения.

Использование технологии непрерывного горизонтального литья на заводе “Центролит” позволило предприятию осуществлять экспортные поставки литых изделий.

Рис. 1 Технологическая линия непрерывного горизонтального литья заготовок деталей транспортного машиностроения На основе разработанных технологических процессов непрерывного горизонтального литья на экспериментальной базе Института организован выпуск продукции (из латуней, бронз, алюминия, меди и т. д.) для предприятий Республики Беларусь: филиала РУП ”завод “Могилевтрансмаш”, РУП “завод “Могилевлифтмаш”, ОАО “Могилевхимволокно”, РУПП “Ольса”, “Могилевхлебпром”, ЗАО “Завод полимерных труб” г.

Могилев;

РУП “БЗА” г. Борисов, РПУП “Белцветмет”, ООО НПФ «Битек», г. Екатеринбург (Россия) и др. В частности, РПУП “Белцветмет” в 2006 году Институт поставил около тонн литых бронзовых прутков высокого качества, полученных из отходов. Эти прутки РПУП “Белцветмет” поставляет предприятиям машиностроительного комплекса. Для предприятий транспортного машиностроения изготавливаются плоские заготовки из БрА9Ж4 для плит скольжения механизма перемещения стрелы автокрана. Для Борисовского завода агрегатов изготавливаются заготовки из бронзы 05Ц5С5 для подшипников скольжения турбокомпрессора дизельного двигателя.

За разработку и внедрение способа непрерывного горизонтального литья на Гомельском литейном заводе «Центролит» сотрудники Института стали лауреатами Государственной премии Республики Беларусь. Новые процессы литья позволили увеличить выход годного до 90-92 %, увеличить прочность, износостойкость, гидроплотность изделий в 1,5-2 раза, уменьшить капитальные затраты и производственные площади, а себестоимость продукции в 2- раза.

Создана технология непрерывно-циклического литья намораживанием отливок из чугуна путем 100 % использования собственных отходов низколегированного чугуна гильзового состава (рис. 2), отличительная особенность которой направленное затвердевание без применения стержня.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 9 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.