Термист Термомеханическое упрочнение арматурного проката технология, средства, разработка

Металлы под высоким давлением

<< Предыдущая страница <<   ||  Оглавление   ||   >> Читать дальше >>

Физики применяют для своих аппаратов высокого давления наиболее высокопрочные стали и сверхтвердые сплавы на основе карбидов вольфрама. Однако давление, развиваемое внутри камер этих аппаратов, иногда так велико (до 100 000 ат), что пока нет таких сталей, которые смогли бы выдержать огромные напряжения, возникающие при этом в стенках камеры. Но здесь на помощь ученым приходит само же давление. Оказалось, что при высоких давлениях сильно возрастает пластичность и прочность сталей и сплавов.

Выяснилось, что не только механические, но и электрические и магнитные свойства сталей и других материалов существенно улучшаются, если подвергнуть их выдержке при давлении в 25 000 ат и более. Сталь под таким давлением становится втрое прочнее. Хрупкий черный чугун, фосфористые бронзы, бериллий и даже мрамор делаются пластичными и ведут себя, как глина. После снятия давления полезные изменения свойств частично удерживаются материалом.

Проводились исследования свойств материалов и при более высоком давлении.

В Институте физики высоких давлений АН СССР, которым руководит академик Л.Ф. Верещагин, установили, что при давлении в 10 000 ат металлы становятся текучими. При этом они как бы облагораживаются - даже самые хрупкие металлы приобретают некоторую пластичность. Прочность металлов возрастает в 2 - 2.5 раза. Выяснилось, что под высоким давлением можно выдавливать трубы и прутки любого сложного профиля, причем с большой скоростью - более 100 м/сек. Опыты показали, что металлические трубы, полученные таким способом, достаточно прочны. Были проведены широкие исследования по выдавливанию различных цветных и черных металлов.

В лаборатории Л.Ф. Верещагина создан прокатный стан, находящийся в огромном резервуаре, заполненном жидкостью под высоким давлением. Оператор находится в особой комнате и следит за работой стана по показаниям контрольных приборов. Зачем понадобилась эта «подводная» металлургия?

Оказывается, в металле, находящемся в жидкости под высоким давлением, трещины и раковины исчезают, поры затягиваются, разрывы сглаживаются. Вода залечивает не только внутренние пороки металла. Она устраняет поверхностные раны и трещины, что значительно упрочняет металл. Вот почему и создали такой необычный прокатный стан.

Советские ученые решили заставить воду не только обрабатывать металлические листы, но и изготовлять из металлов различные сверхпрочные детали и проволоку. В том же институте создана установка для получения прочной и в то же время весьма пластичной проволоки. В ней проволока выдавливается через небольшое отверстие в жидкость, сжатую до 8000 ат! Она вдвое прочнее проволоки, полученной обычным волочением. При помощи той же установки можно получать сверла и шестерни, трубы и фасонные детали. Для этого надо лишь сменить рабочий наконечник установки.

Новые методы открывают небывалые возможности для техники настоящего и будущего.

Академик Л. Ф. Верещагин писал: «Если удастся повысить давление, развиваемое гидравлическими компрессорами, то использование эффекта давления для улучшения пластичности и повышения прочности сталей станет более реальным».

В Институте физики высоких давлений самостоятельно подготовили аппаратуру, пригодную для массового использования в промышленности. Там создали агрегат, имеющий производительность 25 л/ч при давлении в 16 000 ат. Скорость выдавливания изделия любого сложного профиля уже превысила скорость курьерского поезда.

Высокое давление для обработки металлов можно использовать еще и по-другому. Сотрудники Института гидродинамики АН СССР под руководством В. В. Войцеховского построили и в различных условиях испытали сверхмощный водомет со струей, способной производить давление более 40 000 ат. Это вполне соизмеримо с давлением, возникающим при взрыве. Мощную силу воды предполагается использовать для решения важной технической задачи - упрочнения металлических изделий высоким давлением.

Уральский инженер Б. Г. Козин изобрел способ обработки деталей, не имеющих правильной геометрической формы - хрупких и с чистой поверхностью. В обычных способах упрочнения поверхности ее наклепывают - создают в ней сжимающие напряжения. Так, детали типа валов накатывают, обжимают их поверхность специальными твердыми роликами. Листовые рессоры автомобилей, пружины, штоки молотов, например, бомбардируют сильным потоком дроби. Все это повышает усталостную прочность металла. Инженер Козин предложил вместо роликов и дроби использовать воду. Плавно меняя давление, можно получить и такую струю, которая бы детали не разрезала, но была бы достаточно сильной, чтобы уплотнить, наклепать их поверхность не хуже дробинок. Для деталей из углеродистых конструкционных сталей вполне достаточно 4 - 6 тыс. ат. Необходимым оборудованием для этого является специальное сопло к насосу высокого давления.

Сплошные и трубчатые профили малых диаметров из цветных и черных металлов со сложным наружным профилем и высоким качеством наружных и внутренних поверхностей изготовляются сейчас холодным волочением, холодной прокаткой и обкаткой. Эти процессы сравнительно трудоемки. Прессование металла в холодном состоянии с меньшими усилиями может быть осуществлено жидкостью высокого давления. Этот метод прессования разработан Институтами физики металлов и физики высоких давлений АН СССР (первые публикации в 1957 - 1959 гг.). Там были проведены большие лабораторные исследования по прессованию разнообразных сплошных профилей и гладких труб из различных цветных металлов - алюминия, меди и др.

В контейнер подается рабочая жидкость, давление которой постепенно повышается. При достижении определенной величины давления, зависящего от материала заготовки и степени пластической деформации, происходит выпрессовывание заготовки в отверстие матрицы. При таком способе прессования не затрачивается работа на преодоление сил трения между металлом и пуансоном с контейнером.

Общеизвестный факт, что вода при замерзании расширяется, использовала одна американская фирма для штамповки деталей. Лист металла помещают под матрицей заданной формы. Сверху накладывают и закрепляют болтами выпуклую крышку, под которую наливают воду. Всю конструкцию замораживают - вода превращается в лед, который, расширяясь, выдавливает металл в матрицу как мощный поршень. Как утверждает фирма, такая технология очень проста и пригодна для изготовления деталей из очень прочных сплавов, плохо поддающихся обычной штамповке.

Советский инженер М. С. Курневич предложил заменить стальной штемпель... водой. Вместо громадного пресса теперь достаточно небольшого насоса высокого давления - компрессора. Жидкость давит во все стороны равномерно; поэтому если в тоненькой трубке, соединенной с большой камерой, развить высокое давление (а на это надо мало усилий), то такое давление возникает и в камере.

Изобретатели Л. Д. Гольдман, Д. И. Прозоров и А. И. Каголовский из Всесоюзного научно-исследовательского института металлургического машиностроения предложили прессовать пруток, свернутый в спираль, как пружина. Прессование по их методу позволяет впервые в мировой практике, срастив сталь и алюминий, получить биметаллический провод практически неограниченной длины.

Таким образом, открываются новые пути овладения еще не использованными свойствами металла.

<< Предыдущая страница <<   ||  Оглавление   ||   >> Читать дальше >>

Использована публикация:
Мезенин Н.А. Занимательно о железе. М. "Металлургия", 1972. 200 с.
стр. 149 - 151.

К началу страницы

Web-сайт “Термист” (termist.com)
Термомеханическое упрочнение арматурного проката

Отсутствие ссылки на использованный материал является нарушением заповеди "Не укради"

Редактор сайта: Гунькин И.А. (termist.com@gmail.com)