А. Николаев, ОАО «Институт Цветметобработка»
С. Костин, ООО «СК Холдинг»
«О корабле не судят по длине
И клубы дыма - не его мерило;
Имеется в виду иная сила -
Насколько он тяжел морской волне.
Мерило это, возведенное в закон, -
Объем воды, что вытесняет он.
А я иначе мерю - сколь надежно
Он груз хранит от гибели возможной.
С.Галкин («Советский писатель»,
1962 г., стр. 68).
Цель этой статьи — обратить внимание технической и научной общественности, предприятий, потребляющих сравнительно небольшое количество различных полуфабрикатов из сложных, многокомпонентных сплавов на основе меди и никеля, требующих особо точного соблюдения химического состава и технологических операций, на успешное возрождение их производства.
Речь идет о полном металлургическом цикле получения полуфабрикатов (проволоки, прутков, сложных профилей, лент, полос, поковок, фасонного литья, а совсем в недалекой перспективе — плит), начиная от выплавки уникальных лигатур и собственно сплавов, литья слитков, их обработки и кончая горячими и холодным деформированием, термической и термомеханической обработкой.
К сожалению приходиться констатировать значительное снижение культуры производства в цветной металлургии за последние десятилетие. Борющимся за выживание — не до кулинарных изысков. Не умереть бы с голоду. Отсутствие существенных заказов со стороны «понимающих» потребителей, разрыв в передаче знаний от поколения к поколению, привели к упрощению технологии получения полуфабрикатов, что конечно не могло не сказаться на их качестве. Кроме того, под угрозой утери оказались опыт и методики создания новых сплавов для различных отраслей промышленности.
Из желания сохранить знания, полученные поколениями ученых и технологов и создать площадку для разработки, исследования и производства сложных сплавов и возникло объединение малых металлургических предприятий, связанных организационно и экономически в единую технологическую схему под общим идейным и профессиональным руководством.
Пока еще сказывается на производственном процессе недостаток в людских резервах достаточно высокого профессионального мастерства, отсутствие некоторого производственного и аналитическо-исследовательского оборудования, но есть главное — твердое желание восстановить и возродить утраченное, обеспечить встающую с колен отечественную электронику, электротехнику, приборостроение, машиностроение и другие отрасли промышленности высококачественными материалами.
Если рассматривать номенклатуру металлов и сплавов (имеется в виду, конечно, «медь и никель»), то здесь в принципе нет ограничений в производстве перечисленных видов полуфабрикатов. Они могут быть уже сейчас изготовлены из любых сплавов общего широкого назначения.
Однако если учитывать специфику «малотоннажного» производства, то этот путь вряд ли можно считать рациональным во многих отношениях, — будь то экономика и маркетинг, материальное обеспечение продукцией крупных заказчиков, конкуренция с крупными заводами по обработке цветных металлов в производительности и выходах годного в сочетании со стабильным качеством и т.д.
Как говориться — «Кесарю- кесарево, а ...». Правда, исключения из общего правила случаются и сейчас, и, видимо, будут случаться в дальнейшем, когда производство «малого объединения» связано с особым видом продукции, специфическим сочетанием ее свойств, небольшими объемами потребления ее конкретными предприятиями, внедрением в общий поток серийного многотоннажного производства продукции, когда от нее требуются иные, по сравнению с серийными сплавами, свойства.
В качестве уже состоявшихся таких примеров можно привести обеспечение Московской монорельсовой дороги уникальными по износостойкости и сочетанию других свойств троллеями сложного профиля и соединительным профилем из нового дисперсионно твердеющего сплава с нанофазной структурой, практически полное обеспечение потребностей потребителей в проволоке из многокомпонентных сплавов, завоевание своей «ниши» в производстве проволоки и прутков из бериллиевой бронзы БрБ2 и её заменителей или электродных (для сварки сопротивлением) прутков и дисков из сплава БрХЦр и других сплавов подобного назначения.
Но все-таки основная задача, которую ставит перед собой руководство объединения — это воссоздание в полном объеме производства теперь уже бывшего «Экспериментального завода качественных сплавов» — предприятия, практически во все времена остававшегося опытно-производственной базой Института «Цветметобработка» cо всеми плюсами и минусами этого статуса. Новые сплавы, новые технические решения производства новых и серийных сплавов в большинстве случаев впервые опробовались на «ЭЗКС», а затем уже осваивались серийными заводами.
Но всегда имелась часть прецизионных сплавов, сложных в производстве, сплавов особо ответственного назначения, требующих постоянного контроля технологических схем и параметров производства и сплавов — продукции, просто экономически выгодной в изготовлении на опытном заводе.
Такому производству всегда способствовали высокий профессионализм заводского персонала, который совместно с научными сотрудниками института мог выполнить работы, казалось бы, любой сложности. В немалой степени успешному производству, а в некоторых случаях просто уникальному,- способствовали подбор шихтовых материалов и, в частности, использование качественных лигатур, изготовление которых отличалось особой сложностью: медь-хром, медь-ниобий, медь-ванадий, медь-кадмий, медь-теллур, медь-бор и др., наличие вакуумных и электрошлаковых плавильных печей, установок полунепрерывного литья слитков, необходимого прокатного, прессового, волочильного, термического оборудования.
Воссоздать, а практически начать заново такое производство оказалось делом весьма непростым. Сохранить оборудование, обеспечить производство продукции соответствующими площадями, привлечь для выполнения работ профессионалов, приобрести или арендовать новое или более совершенное оборудование было далеко нелегким и дорогим делом.
Как следует из изложенного выше, значительная часть организационных и технических сложностей, возникших на пути производства полуфабрикатов из сплавов ЭЗКС-овской номенклатуры, преодолены или успешно преодолеваются. Больше того, эта номенклатура расширяется, в частности, за счет прутков и дисков-электродов для шовной контактной сварки из сплава БрХЦр, прутков из бериллиевой бронзы БрБ2, прутков из никелево-медного сплава НМ40А, прутков специального назначения из сплава 273, присадочной сварочной и др.
Таким образом, если учитывать уже имеющуюся возможность изготавливать практически любые полуфабрикаты из всех ГОСТовских сплавов на медной, медноникелевой или никелевой основе, включая, естественно, и нелегированные медь и никель, а также весь комплекс низколегированных (жаропрочных) тепло-проводных сплавов на медной основе, в изобилии разработанных институтом «Цветметобработка», то возрожденную, а по существу, новую производственную базу по обработке цветных металлов следует считать состоявшейся.
Касаясь производства конкретных сплавов (естественно, полуфабрикатов из этих сплавов), особо хотелось бы обратить внимание на группу низколегированных медных сплавов, упрочняемых как холодной или теплой деформацией (М1РО, М1Ф, М3РЖ, МС, БрМг), так и дисперсионным твердением (БрХ, БрХЦр, БрКдХ, БрХНб, БрХВЦр, МНФ, БрХНбЦр, БрХЦрК, БрХОЦр, БрКоКрХ, МН2,5КоКрХ, БрНХКМгЦр, БрНХК(Ф) и др. Каждый из этих сплавов уникален по своей сути, разрабатывался (за исключением, может быть, только хромовой бронзы БрХ и медносеребряного сплава МС 0,1) институтом «Цветметобработка» по конкретным техническим заданиям для вполне определенного назначения. В настоящее время производство всех этих сплавов зависит больше от потребителей и заказов на них, чем от его возможностей.
Кроме уже высказанного по поводу появления в стране новой «производственной ячейки» по обработке цветных металлов, хотелось бы обратить внимание на грядущую приостановку или, во всяком случае, сокращение по организационным причинам производства бериллийсодержащих бронз. Учитывая ряд причин, связанных с недостатками бериллиевых бронз (сравнительно невысокая релаксационная и циклическая стойкость при нагреве, высокие экологические требования при металлургическом производстве, определенные сложности с поставками бериллия и меднобериллиевой лигатуры, а также возникшие организационные сложности с производством этих материалов), в свое время институт «Цветметобработка» определил в качестве одного из основных направлений НИР, разработку, а затем и промышленное производство, прецизионных пружинных безбериллиевых сплавов на медной основе, обладающих рядом ощутимых преимуществ по сравнению, например, с наиболее популярной бронзой БрБ2.
В табл. 1 приведены некоторые сравнительные данные по свойствам этой бронзы с двумя из четырех разработанных сплавов такого типа (сплав 131 — наиболее широко используемый, сплав 546 — самый прочный из этой серии).
Таблица № 1. Некоторые сравнительные свойства бериллиевой бронзы БрБ2 и безбериллиевых пружинных сплавов после термомеханической обработки (закалка + деформация + старение).
| Основные свойства | Сплав | ||
|---|---|---|---|
| БрБ2 | № 131 МНАКХ |
№ 546 (Камелон) МНАХМц |
|
| Твердость | 360-420 | 330-360 | 360-420 |
| Временное сопротивление разрыву, ?в, МПа | 1150-1600 | 1000-1300 | 1200-1500 |
| Предел текучести, ? 0,2 ,МПа | 1050-1500 | 900-1200 | 1000-1300 |
| Предел упругости при изгибе, ? е 0,005, МПа | 900-1150 | 850-1100 | 900-1200 |
| Релаксация напряжений, % за 150 час при ? о = ? е 0,005 при температурах испытаний:
|
|
|
|
| Циклическая стойкость, число циклов при ? исп = 600 МПа | 7х10 4 | 1х10 6 | 2х10 5 |
Заканчивая описание возможностей восстановленного производства, хотелось особо отметить налаженный выпуск полуфабрикатов широкой размерной номенклатуры из уникального по свойствам и широте использования медного жаропрочного электро- и теплопроводного, также безбериллиевого, сплава МН2,5КоКрХ. Сплав является дисперсионно твердеющим и упрочняется двумя интерметаллидами Ni2Si и Cr3Si. Первый из них образуется при распаде пересыщенного твердого раствора и обеспечивает необходимый эффект старения, а второй, практически не растворяясь в твердом растворе, высокую температуру разупрочнения и жаропрочность. По сочетанию основных физических, механических и эксплуатационных свойств сплав МН2,5КоКрХ успешно конкурирует с такими известными бериллийсодержащими сплавами, как БрНБТ и БрКБ (Mellory-100). При этом по технологичности в металлургическом производстве он превосходит своих конкурентов, в частности, в чувствительности к скорости охлаждения при закалке, деформируемости в широком интервале температур, жидкотекучести, экологичности и др. Этот сплав освоен и выпускается в виде плит заводом «Красный Выборжец».
Сплав МН2,5КоКрХ широко использовался и используется в качестве пружинного токопроводящего материала в магнитных пускателях, теплостойких штепсельных разъемах и разъединителях электрического тока; бандажей любого сечения в установках по изготовлению аморфных лент; узких стенок сборных кристаллизаторов машин непрерывной разливки стальных слябовых заготовок (МНЛЗ); электродов — держателей стыковой сварки труб, различной строительной арматуры в мостостроении, крупноразмерных звеньев шахтных и якорных цепей; контактной точечной, шовной, рельефной сварки, сварки с раздавливанием кромок углеродистой и нержавеющей стали, никеля и никелевых сплавов, проволочной и прутковой строительной арматуры и сеток, многих деталей современных холодильников, жестяных консервных банок и т.д., и т.д.
Химический состав сплава МН2,5КоКрХ явился базой для модифицирования его цирконием и магнием (сплав БрНХКМгЦр) и многослойными фуллероидными наноструктурами (БрНХК(Ф)) с целью дальнейшего совершенствования его тонкой структуры, а, следовательно, приобретения им ряда специфических свойств.
Иногда в заявках потребителей на полуфабрикаты из сплава МН2,5КоКрХ и в другой информации называется сплав «Ampcoloy 940» или «С18000» (по стандартизации США). Следует заметить, что сплав МН2,5КоКрХ со всеми его вариациями по составу был разработан и всесторонне исследован в России (в институте «Цветметобработка») примерно лет за 20 до появления составов и соответственно наименований американских и др. его аналогов (вот уж действительно «нет пророка в своем отечестве»).
В конце концов дело, конечно, не в том, кто «из Петров Ивановичей первый сказал «Э». Важно, что сплав МН2,5КоКрХ существует, работает и будет работать на отечественную промышленность, а основная металловедческая концепция «каскадного» или «эстафетного» упрочнения дисперсионно твердеющих сплавов, которая родилась с этим сплавом и была убедительно продемонстрирована на ряде материалов, — вот это главное.
Естественно, что работа по совершенствованию составов и созданию новых сплавов с новым сочетанием свойств, технологических режимов их изготовления и обработки, обновление и оформление технической документации на производство продукции, включая технические условия, стандарты, правовые приоритетные документы, будет также рассматриваться как одно из основных направлений работы нового объединения специалистов.