Электротермическое компактирование металлических материалов
Дан краткий анализ технологических схем изготовления прессованной заготовки из некомпактной шихты для последующего переплава. Показаны перспективность и экономическая целесообразность прессования некомпактной шихты путем сочетания процессов электронагрева и незначительных усилий прессования без испо...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96288 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Электротермическое компактирование металлических материалов / В.А. Шаповалов, Ф.К. Биктагиров, В.Р. Бурнашев, В.И. Колесниченко, В.В. Степаненко, Н.В. Рейда, О.В. Карускевич, Д.В. Ботвинко // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 4 (105). — С. 42-45. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859589806475968512 |
|---|---|
| author | Шаповалов, В.А. Биктагиров, Ф.К. Бурнашев, В.Р. Колесниченко, В.И. Степаненко, В.В. Рейда, Н.В. Карускевич, О.В. Ботвинко, Д.В. |
| author_facet | Шаповалов, В.А. Биктагиров, Ф.К. Бурнашев, В.Р. Колесниченко, В.И. Степаненко, В.В. Рейда, Н.В. Карускевич, О.В. Ботвинко, Д.В. |
| citation_txt | Электротермическое компактирование металлических материалов / В.А. Шаповалов, Ф.К. Биктагиров, В.Р. Бурнашев, В.И. Колесниченко, В.В. Степаненко, Н.В. Рейда, О.В. Карускевич, Д.В. Ботвинко // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 4 (105). — С. 42-45. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Дан краткий анализ технологических схем изготовления прессованной заготовки из некомпактной шихты для последующего переплава. Показаны перспективность и экономическая целесообразность прессования некомпактной шихты путем сочетания процессов электронагрева и незначительных усилий прессования без использования мощного и дорогостоящего прессового оборудования. Описано устройство опытной установки, приведены пооперационная технологическая схема прессования некомпактной шихты и основные технологические параметры процесса.
Brief analysis of process flow charts of producing a pressed billet of non-compact charge for next remelting is given. Shown are the challenges and economic rationality of pressing the non-compact charge by combination of processes of electric heating and negligible forces of pressing without application of powerful and expensive press equipment. The design of a pilot installation is described, successive operational flow chart of pressing the non-compact charge and main technological parameters of the process are given.
|
| first_indexed | 2025-11-27T13:56:12Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.526.001.57
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЕ КОМПАКТИРОВАНИЕ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
В. А. Шаповалов, Ф. К. Биктагиров, В. Р. Бурнашев,
В. И. Колесниченко, В. В. Степаненко, Н. В. Рейда,
О. В. Карускевич, Д. В. Ботвинко
Дан краткий анализ технологических схем изготовления прессованной заготовки из некомпактной шихты для
последующего переплава. Показаны перспективность и экономическая целесообразность прессования некомпактной
шихты путем сочетания процессов электронагрева и незначительных усилий прессования без использования мощного
и дорогостоящего прессового оборудования. Описано устройство опытной установки, приведены пооперационная
технологическая схема прессования некомпактной шихты и основные технологические параметры процесса.
Brief analysis of process flow charts of producing a pressed billet of non-compact charge for next remelting is given.
Shown are the challenges and economic rationality of pressing the non-compact charge by combination of processes of
electric heating and negligible forces of pressing without application of powerful and expensive press equipment. The
design of a pilot installation is described, successive operational flow chart of pressing the non-compact charge and main
technological parameters of the process are given.
Ключ е вы е с л о в а : компактирование; расходуемый
электрод; пуансон; матрица; регенерация; металлооборот
Разработка новых энергосберегающих и дешевых
технологий, а также соответствующего оборудова-
ния для создания замкнутого производства метал-
лических материалов является весьма актуальной
задачей.
Несмотря на довольно высокий уровень совре-
менного производства металлопродукции в процес-
се ее реализации образуется и накапливается огром-
ное количество отходов, что обусловлено как осо-
бенностями технологии, так и техническими требо-
ваниями к готовой продукции. Учитывая, что за
последние 40 лет образовался металлический фонд
в размере около 40 млрд т, легко представить мас-
штабы накопления вторичных ресурсов, которые
необходимо направить в металлооборот. Особенно это
касается дорогостоящих высокореакционных и туго-
плавких металлов (титан, цирконий, ниобий и др.).
Так, например, при обработке титана резанием
в стружку уходит до 40 % металла, а при производ-
стве титанового литья выход годного для изделий
ответственного назначения составляет всего лишь
20…25 % [1]. За последнее время после мирового
экономического кризиса возобновляется повышен-
ный интерес к титану, отличающемуся комплексом
уникальных свойств, делающих его почти незаме-
нимым в таких стратегически важных отраслях, как
нефтегазовая, авиакосмическая, химическая и др.
Страна, производящая (а таковой является Украи-
на), но не потребляющая титан, превращается в
сырьевой придаток и титановый век для нее долго
не наступит [2].
В основной же массе отходы (и не только тита-
новые) представляют собой кондиционный металл,
который целесообразно возвращать в производство
для его оптимизации и соответствующего удешев-
ления себестоимости готовой продукции, пол-
ностью замкнув тем самым металлооборот.
Следует отметить, что определенная часть отхо-
дов, особенно крупногабаритных, используется не-
посредственно в плавильных агрегатах без предва-
рительной подготовки. Однако существует целая
гамма металлических материалов (стружка, обрезь,
проволока, гранулированные порошки, губка и др.),
дальнейшее использование которых без предвари-
тельного компактирования или вообще невозмож-
но, или крайне затруднено и требует недешевых
дополнительных технологических операций.
© В. А. ШАПОВАЛОВ, Ф. К. БИКТАГИРОВ, В. Р. БУРНАШЕВ, В. И. КОЛЕСНИЧЕНКО, В. В. СТЕПАНЕНКО,
Н. В. РЕЙДА, О. В. КАРУСКЕВИЧ, Д. В. БОТВИНКО, 2011
42
Поэтому проблема компактирования указанных
материалов с целью их максимального вовлечения
в металлоборот приобретает первостепенное значе-
ние, а необходимость ее решения является эконо-
мически обоснованной и целесообразной. Более то-
го, попутно будет решена и немаловажная задача
компактного транспортирования этих материалов к
месту их дальнейшей переработки и рациональной
загрузки в плавильные агрегаты.
Однако несмотря на обилие существующих но-
вых способов компактирования металлических ма-
териалов (холодное прессование, спекание, штам-
повка, электроимпульсное брикетирование и пр.),
они в силу ряда причин как технического, так и
экономического характера не могут обеспечить по-
лучение качественных, крупногабаритных и деше-
вых компактных заготовок, пригодных для даль-
нейшего использования в металлобороте [3—6].
Среди основных недостатков нужно отметить
следующие: ограниченная длина получаемой заго-
товки при прессовании в глуходонную матрицу, не-
высокая плотность брикета при электроимпульсном
компактировании, недостаточная прочность, нали-
чие трещин и кривизны заготовок при холодном
прессовании. Более того, для получения массивных
заготовок способом холодного прессования необхо-
димо создавать колоссальные механические усилия
с удельным давлением прессования свыше 500 МПа,
т. е. использовать крупногабаритное и дорогосто-
ящее оборудование (10 млн дол. США).
В связи со сложившейся ситуацией в ИЭС им.
Е. О. Патона НАН Украины предприняли попытку
решить эту проблему, в результате чего разработана
уникальная, на наш взгляд, высокоэффективная
технология компактирования металлических мате-
риалов, суть которой заключается в совмещении
процессов прессования и электротермического наг-
рева. Такое сочетание позволяет повысить пластич-
ность компактируемого в специальной матрице ма-
териала и существенно (на 2 порядка) уменьшить
усилия прессования. При этом исключается ряд тех-
нологических операций, характерных для тради-
ционных схем прессования (вакуумный отжиг,
сварка и т. п.), повышается качество получаемых
заготовок.
К преимуществам предлагаемой технологии, по
сравнению с зарубежными аналогами, следует от-
нести возможность получения длинномерных и
крупногабаритных заготовок, поскольку процесс
реализуется в проходной матрице с подводом тока
непосредственно на формируемую заготовку, что в
свою очередь сокращает электрические потери, по-
вышает КПД и, соответственно, производитель-
ность процесса компактирования.
Процесс осуществляется порционно в полунепре-
рывном режиме, а нагрев каждой порции выполняют
в два этапа: на первом – до температуры десорбции
газовых и редкофазных загрязнений, на втором –
до температуры горячей деформации обрабатываемо-
го материала, что способствует повышению качества
изделий и эффективности компактирования.
Особенно эффективна технология для компак-
тирования дорогостоящих металлов и сплавов с вы-
сокими значениями прочности и модуля упругости.
При этом получают заготовки как сплошные, так и
полые, которые в дальнейшем можно использовать
в компактном виде в качестве переплавных элект-
родов, лигатур, раскислителей и т. д. в любых пла-
вильных агрегатах.
Предложенную технологию отрабатывали на
специально созданной для этого опытной установ-
ке, общий вид которой приведен на рис. 1. Были
Рис. 1. Общий вид опытной установки компактирования метал-
лических материалов
Рис. 2. Заготовка, полученная из титановой стружки различных
видов
43
определены оптимальные технологические пара-
метры компактирования разнообразных металли-
ческих материалов (сталь, чугун, алюминий, жа-
ропрочные сплавы, титан и др.), отличающихся по
физическим свойствам (удельному весу, тепло- и
электропроводности) [6—8 ]. При этом использова-
ли разные размерность и гранулометрический сос-
тав материалов.
На рис. 2 показан общий вид комбинированной
заготовки, скомпактированной из титановой струж-
ки различных видов и размеров, а на рис. 3 –
четыре отдельные заготовки, полученные из трех
фракций губчатого титана: 2…5; 5…12 и 10…30 мм.
Рис. 4 демонстрирует заготовки из мелкой
(ШХ16СГ) и крупной стружки жаропрочного спла-
ва ЭП609-Ш.
В процессе исследований установлено, что по-
лученные заготовки являются весьма прочными,
что подтверждается воздействием на образцы удар-
ной нагрузки 6,5…7,0 МПа, а их плотность состав-
ляет 70…75 % теоретической (плотность монолит-
ного металла), что достаточно для использования
в качестве расходуемых заготовок при дальнейшем
переплаве.
Установлено, что с уменьшением гранулометри-
ческого состава любого металлического материала
увеличивается плотность скомпактированных заго-
товок, что объясняется наличием большего коли-
чества точек соприкосновения между мелкими час-
тицами и, как следствие, более эффективным прог-
ревом и локальным подплавлением в ходе компак-
тирования. С увеличением размеров фракции необ-
ходимо несколько повышать уровень подводимого
тока и время нагрева каждой порции для достиже-
ния гарантированной плотной структуры.
В процессе освоения технологии возникали оп-
ределенные сложности, которые требовали как кон-
структорских, так и технологических доработок. К
примеру, нужно было устранить затруднения с по-
дачей в зону компактирования крупной (без пред-
варительного измельчения) и витой стружки, усо-
вершенствовать электрическую схему (наличие од-
ного источника нагрева приводило к некоторой ас-
симетричности компактирования), минимизиро-
вать вероятность возникновения электродугового
разряда в условиях подвижного токоподвода к фор-
мируемой (компактируемой) заготовке и пр.
Накопленный опыт и выявленные закономер-
ности при проведении экспериментов на опытной
установке позволяют приступить к разработке более
совершенного высокопроизводительного опытно-
промышленного оборудования для компактирова-
ния качественных и экономичных длинномерных
заготовок со стабильными физико-механическими
свойствами по всему сечению из разнообразных ме-
таллических материалов, таких как стружка, губка,
порошки, гранулы, кусковая обрезь и пр.).
Технические характеристики установки электротермичес-
кого компактирования
Компактируемый материал ....................титан, цирконий,
сталь, жаропроч-
ные сплавы
Вид шихты ..........................................стружка, губка,
порошок, обрезь
Размер скомпактированных заготовок
(электродов), мм:
диаметр..........................................200, 500
высота ...........................................3000
Плотность полученных заготовок, %
от теоретической (плотности монолита) ..70… 75
Удельные усилия прессования, МПа ......5
Плотность тока, А/мм2......................... 1,5
Удельный расход электроэнергии,
кВт⋅ч/кг .............................................0,8… 1,2
Дозирование и подача компактируемого
материала в матрицу.............................кассетная подача
из ячейкового
бункера
Атмосфера при компактировании ...........нейтральная
(аргон) вакуум,
воздушная среда
Расход охлаждающей воды, м3/ч ..........20
Давление охлаждающей воды, МПа .......0,4
Производительность установки,
т/год..................................................3000
Рис. 3. Заготовки, скомпактированные из титановой губки раз-
ных фракций
Рис. 4. Заготовки, скомпактированные из 100 % мелкой стальной
стружки стали ШХ15СГ (а) и крупной стружки жаропрочного
сплава ЭП609-Ш (б)
44
В заключение следует подчеркнуть, что про-
мышленное внедрение предложенной технологии и
соответствующего оборудования позволит создать
замкнутый (полный) цикл возврата в производство
дорогостоящих вторичных ресурсов, что особенно
актуально для крупных металлургических и маши-
ностроительных предприятий. Срок окупаемости
оборудования составит 8…12 мес в зависимости от
стоимости компактируемых материалов.
1. Регенерация отходов титанового литья в авиационном мото-
ростроении / Б. Е. Патон, В. И. Лакомский, В. Н. Костя-
ков и др. // Спец. электрометаллургия. – 1974. –
№ 24. – С. 96—102.
2. Полькин И. С. Перспективные направления исследований
в области производства и применения титановых сплавов
Ti-2005 в СНГ. – Киев, 2005. – С. 20—30.
3. Плавка и литье титановых сплавов / Н. Ф. Аношкин,
С. Г. Глазунов, Е. И. Морозов, В. В. Тетюхин. – М.:
Металлургия, 1978. – 383 с.
4. Горячая штамповка и прессование титановых сплавов /
Л. А. Никольский, С. З. Фиглин, В. В. Бойцов и др. –
М.: Машиностроение, 1975. – 285 с.
5. Абрамова К. Б., Самуйлов С. Д., Фиглин Ю. А. Брике-
тирование титановой стружки под воздействием коротких
импульсов электрического тока // Цв. металлы. – 1998. –
№ 12. – С. 70—74.
6. Получение расходуемых электродов компактированием
титановой губки под током / М. Л. Жадкевич, В. А. Ша-
повалов, В. С. Константинов и др. // Современ. элект-
рометаллургия. – 2005. – № 3. – С. 64—67.
7. Переработка стружки жаропрочной стали ЭП609-Ш спо-
собом компактирования под током с последующим элект-
рошлаковым переплавом / В. А. Шаповалов, В. Р. Бур-
нашев, Ф. К. Биктагиров и др. // Там же. – 2009. –
№ 3. – С. 43—45.
8. Пат. 7997 Україна, МПК С 22 В 1/248. Спосіб компак-
тування металевої шихти / Б. Є. Патон, М. Л. Жадке-
вич, В. О. Шаповалов та інш. – Опубл. 10.08.2007;
Бюл. № 12.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 23.09.2011
ВСМПО-Ависма и Boeing развивают сотрудничество
Ural Boeing Manufacturing (UBM), cовместное
предприятие Boeing и ВСМПО-Ависмы, поставило
первую партию балок основной опоры шасси само-
лета Next-Generation 737.
Балка основной опоры шасси самолета Next-
Generation 737 является составной частью конст-
рукции крыла, поддерживающей крепление опоры
шасси. Она состоит из двух частей – по одной
для каждого крыла. UBM надлежит производить
первичную обработку штамповок, полученных от
ВСМПО-Ависмы, которые затем будут отправ-
ляться на завод Boeing в Портленде для оконча-
тельной механической обработки. Обеспечивая
около половины всего объема первичной обработки
балки основной опоры шасси, необходимой для
737, производство на UBM дает возможность заводу
в Портленде поддерживать производственные
мощности в соответствии с увеличивающимся
объемом выпуска Next-Generation 737.
С 1997 г., когда Boeing заключила свой первый
контракт с российским производителем титановой
продукции, ВСМПО-Ависма является партнером
Boeing и поставщиком штамповок и титановых де-
талей посредством ряда долгосрочных договоров.
Компании уже имеют опыт успешного сот-
рудничества. Ряд титановых деталей для новей-
шего самолета 787 Dreamliner произведены с
использованием сплава, совместно разработан-
ного и интегрированного специалистами Boeing и
ВСМПО-Ависмы.
В июле 2009 г. компании Boeing и ВСМПО-
Ависма открыли совместное предприятие Ural
Boeing Manufacturing, расположенное в Верхней
Салде Свердловской области. UBM – это новое
современное предприятие, осуществляющее меха-
ническую обработку титановых штамповок для
Boeing 787 Dreamliner, самого технологичного са-
молета в мире.
В ближайшие 30 лет компания Boeing намерена
реализовать в России проекты общей стоимостью
в $27 млрд.
http://www.boeing.ru/
Источник фото: itar-tass.com
45
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96288 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T13:56:12Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шаповалов, В.А. Биктагиров, Ф.К. Бурнашев, В.Р. Колесниченко, В.И. Степаненко, В.В. Рейда, Н.В. Карускевич, О.В. Ботвинко, Д.В. 2016-03-13T19:50:52Z 2016-03-13T19:50:52Z 2011 Электротермическое компактирование металлических материалов / В.А. Шаповалов, Ф.К. Биктагиров, В.Р. Бурнашев, В.И. Колесниченко, В.В. Степаненко, Н.В. Рейда, О.В. Карускевич, Д.В. Ботвинко // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 4 (105). — С. 42-45. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96288 669.187.526.001.57 Дан краткий анализ технологических схем изготовления прессованной заготовки из некомпактной шихты для последующего переплава. Показаны перспективность и экономическая целесообразность прессования некомпактной шихты путем сочетания процессов электронагрева и незначительных усилий прессования без использования мощного и дорогостоящего прессового оборудования. Описано устройство опытной установки, приведены пооперационная технологическая схема прессования некомпактной шихты и основные технологические параметры процесса. Brief analysis of process flow charts of producing a pressed billet of non-compact charge for next remelting is given. Shown are the challenges and economic rationality of pressing the non-compact charge by combination of processes of electric heating and negligible forces of pressing without application of powerful and expensive press equipment. The design of a pilot installation is described, successive operational flow chart of pressing the non-compact charge and main technological parameters of the process are given. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Энергоресурсосбережение Электротермическое компактирование металлических материалов Electrothermal compacting of metallic materials Article published earlier |
| spellingShingle | Электротермическое компактирование металлических материалов Шаповалов, В.А. Биктагиров, Ф.К. Бурнашев, В.Р. Колесниченко, В.И. Степаненко, В.В. Рейда, Н.В. Карускевич, О.В. Ботвинко, Д.В. Энергоресурсосбережение |
| title | Электротермическое компактирование металлических материалов |
| title_alt | Electrothermal compacting of metallic materials |
| title_full | Электротермическое компактирование металлических материалов |
| title_fullStr | Электротермическое компактирование металлических материалов |
| title_full_unstemmed | Электротермическое компактирование металлических материалов |
| title_short | Электротермическое компактирование металлических материалов |
| title_sort | электротермическое компактирование металлических материалов |
| topic | Энергоресурсосбережение |
| topic_facet | Энергоресурсосбережение |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96288 |
| work_keys_str_mv | AT šapovalovva élektrotermičeskoekompaktirovaniemetalličeskihmaterialov AT biktagirovfk élektrotermičeskoekompaktirovaniemetalličeskihmaterialov AT burnaševvr élektrotermičeskoekompaktirovaniemetalličeskihmaterialov AT kolesničenkovi élektrotermičeskoekompaktirovaniemetalličeskihmaterialov AT stepanenkovv élektrotermičeskoekompaktirovaniemetalličeskihmaterialov AT reidanv élektrotermičeskoekompaktirovaniemetalličeskihmaterialov AT karuskevičov élektrotermičeskoekompaktirovaniemetalličeskihmaterialov AT botvinkodv élektrotermičeskoekompaktirovaniemetalličeskihmaterialov AT šapovalovva electrothermalcompactingofmetallicmaterials AT biktagirovfk electrothermalcompactingofmetallicmaterials AT burnaševvr electrothermalcompactingofmetallicmaterials AT kolesničenkovi electrothermalcompactingofmetallicmaterials AT stepanenkovv electrothermalcompactingofmetallicmaterials AT reidanv electrothermalcompactingofmetallicmaterials AT karuskevičov electrothermalcompactingofmetallicmaterials AT botvinkodv electrothermalcompactingofmetallicmaterials |