Тема 17 гідростати, газостати й гідростатичні преси

В 70-х роках минулого сторіччя в металургії почали з'являтися нові машини – гідростати, газостати й гідростатичні преси. У наступні роки гідростати й газостати знайшли широке застосування в порошковій металургії при одержанні різних металів і сплавів підвищеної якості й деяких виробів з неметалічних матеріалів, а гідростатичні преси (називані також гідроекструзійними) – при обробці металів зі зниженими пластичними властивостями й у виробництві біметалічних виробів.

Гідростатами й газостатами прийнято називати камери або контейнери, у яких здійснюється процес деформації оброблюваного тіла шляхом прикладення до нього високого всебічного тиску рідини або, відповідно назві камери, газу. Такий процес деформації, називаний гідро- або газоспресуванням, виявився необхідним у порошковій металургії для одержання монометалічених виробів з порошків з питомою вагою, рівною теоретичній вазі інгредієнтів цього виробу, тобто з повним усуненням можливої пористості між окремими крупинками порошку або гранулами. Експериментальні дослідження виробів, отриманих цим способом, свідчать, що якість їх у багатьох випадках значно вище в порівнянні з виробами, отриманими традиційними методами зі звичайних злитків з наступною прокаткою або куванням. Це особливо помітно в жароміцних і інших високолегованих сталях і, головним чином, у сталях, схильних до появи неоднорідних структур у процесі кристалізації. Тому при виробництві такого роду сталей та інших сплавів зазначений спосіб спресовування порошків знайшов широке застосування.

Головна перевага цього порошкового методу в остаточному підсумку полягає в різкому підвищенні швидкості кристалізації при переході металу з рідкого стану у твердий.

Коли відливається традиційний злиток в виливницю або при безперервному литті в мідний кристалізатор, на утворення однієї лише скоринки злитка товщиною 30-50 мм витрачається більше 1–2 хвилин, а на кристалізацію всього злитка десятки хвилин і більше залежно від його товщини. Якщо ж відливати злитки у вигляді гранул розміром близько 0,1 мм, то швидкість кристалізації набагато вища й цим буде забезпечуватися більш однорідна й дрібнозерниста структура металу.

При спресовуванні таких гранул у монолітне тіло утвориться виріб з однорідною дрібнозернистою структурою, властивості якого значно вище, ніж у виробів з монолітних злитків. Цей спосіб знайшов широке застосування при виробництві швидкорізальних і жароміцних сталей, а також виробів з надтвердих сплавів. Про переваги цього процесу було відомо вже багато років, і для того щоб реалізувати його, у ВНДІметмаші (під керівництвом Б.В. Розанова) були проведені відповідні технологічні й конструкторські розробки й виготовлені зразки промислових машин.

Головними елементами, що забезпечують цю технологію металів, крім плавильної печі, є:

Ø розпилювач рідкого металу в атмосфері азоту, аргону або іншого нейтрального газу, що є одночасно кристалізатором для одержання гранул;

Ø герметизація в оболонках з вакуумуванням гранул, гідроспресовування при тиску близько 2000 атмосфер з метою зменшення пористості й попереднього схоплювання в монолітну заготовку;

Ø нагрівання отриманих зазначеним методом заготовок до температури необхідного гарячого спресовування (порядку 1200–1300°С);

Ø спресовуване в газостаті в атмосфері гарячого нейтрального газу при тиску також близько 2000 атмосфер.

Найбільш складними машинами в цьому технологічному ланцюзі є гідростат і газостат. Обидві ці машини, як відзначалося вище, являють собою камери, у яких міститься оброблюваний виріб, і в них створюється робочий тиск рідини або газу відповідно до технологічних вимог. Камери роблять циліндричної форми, діаметр і довжина яких залежать від габаритів оброблюваних виробів.

Так, наприклад, створені гідростати й газостати ВНДІметмашем і Коломенським верстатобудівним заводом мають внутрішні розміри камер: діаметр 150, 200, 250, 415 мм і більше й довжину від 500 мм і більше. Тиск у камерах від 2000 до 10 000 кгс/см ² відповідно, осьові зусилля від 2000 до 15 000 атмосфер.

Зусилля від внутрішнього тиску в камерах у напрямку, поперечному їхній осі, сприймаються циліндричними стінками камер, а в поздовжньому напрямку – кришками камер, що є герметичними затворами. Вони передають зусилля, що на них приходиться, О–образним станинам. Як внутрішній діаметр і довжина камери, так і сумарне осьове зусилля, що виникає в ній, є основними параметрами, що характеризують розмір гідро- і газостата.

Завантаження заготовки в камеру і її вивантаження здійснюються звичайно шляхом відсунення станини убік і звільнення верхньої кришки камери. Для цієї мети станина розташовується на колесах, які можуть переміщатися по рейках за межі габаритів затвора камери.

Принципова відмінність гідростата від газостата складається не тільки в тім, що газостат виконує спресовування оброблюваного виробу тиском газу, а не рідиною, але й у тім, що спресовування здійснюється в гарячому стані при температурі, що досягає, як вказувалося вище, 1300°С и більше, і що одночасно зі спресовуванням відбувається також до деякої міри й процес спікання.

Тому газостати мають у камері електричну підігрівальну піч, при цьому стінки камери захищені від нагрівання теплом оброблюваного виробу.

Добре відпрацьований процес підготовки герметизації й вакуумування оболонок із гранулами й сам процес газостатичного спресовування дають можливість у ряді випадків відмовитися від попереднього гідроспресовування, тобто застосування гідростата. У цьому випадку оболонки з підготовленими гранулами піддаються нагріванню, а потім газоспресовуванню, і на цьому процес одержання заготовки закінчується.

За останнім часом гідростати або газостати знаходять також застосування для заліковування мікротріщин від стомлення у різних металевих деталях машин, строк ресурсу яких близький до кінця. У цьому випадку деталь міститься в оболонку, де вона герметизується й вакуумується, а потім піддається гідро- або газостатичному тиску в кілька тисяч атмосфер. Проведені дослідження підтверджують, що сліди мікротріщин від стомлення повністю усуваються й, таким чином, деталь по міцнісних властивостях оновлюється.

Гідростатичні преси почали знаходити застосування в результаті наукових досліджень і дослідно-конструкторських робіт, початих у ВНДІметмаші наприкінці п’ятдесятих років. Поштовхом для цих досліджень і створення перших дослідних гідростатичних пресів послужили досвіди радянського інженера Курневича (проведені ще в 30-х роках, а також аналіз досліджень Бріджліна й Верещагіна), що свідчать, що пластичні властивості багатьох металів при додатку кульового тензора напруг збільшуються.

Дослідження процесів гідропресування дали можливість встановити й впровадити оптимальні тиски пресування для багатьох металів, види змащень, конструкції інструменту, ущільнення, способи регулювання швидкості пресування й т.і.

В 70-х роках ВНДІметмаш разом з Іжорським заводом ім. А.А. Жданова й Коломенським верстатобудівним заводом створив ряд великих промислових гідростатичних пресів на робочий тиск у контейнері до 20 000 кгс/см² при його діаметрі від 40 до 130 мм і загальному осьовому зусиллі 250, 315, 630 і 1600 тс.

Експериментальні дослідження, проведені на цих пресах, а також досвід їхньої експлуатації дозволяють зробити наступні висновки:

1. Процес гідропресування забезпечує одержання профілів найрізноманітнішої форми. Великою перевагою цього процесу є також захват частини рідини поверхнею оброблюваного профілю у філь’єр, завдяки чому забезпечуються постійне технологічне змащення й високий клас чистоти поверхні профілів.

Але сам по собі процес складний, тому що він сполучений із застосуванням високих тисків (більше 10 000 атмосфер), і тому вимагає дорогого складного пресового, компресорного й трубопровідного устаткування.

2. Застосування цього процесу економічно може бути виправдане при обробці тільки тих металів, які через низькі пластичні властивості не можуть оброблятися волочінням або холодною прокаткою.

3. Представляється також доцільним процес гідропресування застосовувати для одержання біметалічних виробів і, зокрема, для виробництва алюмінієвих провідників з нанесеним шаром міді.

Дата добавления: 2015-10-21