Металлы и человек - Михаил Васильев

К сожалению, этим способом еще не научились делать отливки черных металлов: нет материала, который смог бы работать при высоких температурах и таких же давлениях. Да и цветные отливки удается получать не больше нескольких килограммов весом.

Но это молодой вид литья. У него еще все впереди!

Металлурги-литейщики уже давно заметили, что металл отливки получается более качественным, если его подвергнуть уплотнению, дополнительному сжатию. Одним из способов обеспечить такое сжатие является использование центробежной силы.

Да, форма, в которую заливают металл при центробежном литье, вращается. Вращаются длинные формы для центробежной отливки чугунных труб, а датчик, по которому в форму вливают чугун, движется внутри ее от края до края. Нельзя вылить металл в одном месте: он может застынуть, не успев разлиться по всей форме. Вращаются и узкие формы для центробежной заливки подпятников крупных турбин. Что же при этом происходит?

Центробежная сила отжимает к периферии тяжелый чистый металл. Все включения, пузыри, посторонние примеси оказываются выброшенными в центральную полость. И металл получается очень прочным, качественным.

Небольшие отливки высокой частоты из черных металлов можно получить литьем по выплавляемым моделям.

Сущность этого способа состоит в том, что модель делается из легкоплавкого воскообразного вещества. Таких моделей может быть очень много — если сделана для них форма, их изготовить очень легко. «Восковые» модели присоединяются к такому же «восковому» литнику. Затем их обсыпают специальной формовочной смесью, содержащей связующие вещества, например жидкое стекло. После того как обсыпка застынет на воздухе, их погружают в горячую воду. «Воск» плавится и вытекает из форм. Их прокаливают, и они готовы для заливки металлом. Чаще всего— цветным металлом или сплавом.

Таким способом можно получить любую, сколько угодно сложную отливку. Точность ее будет приближаться к точности отливок, сделанных под давлением.

Литье по выплавляемым моделям — дальний потомок воскового литья. Иначе его называют точным литьем. Оно применяется все шире и шире.

Ворота стали — блюминг, гигантская машина, одна занимающая огромный цех.

Близким родственником этого вида литья является литье в корковые формы.

Металлическую модель изделия укрепляют на металлической плите, нагретой до температуры 200–250 градусов. И этой плитой накрывают бункер с формовочной смесью. Затем бункер переворачивают, так что формовочная смесь засыпает модель. Эта формовочная смесь имеет в своем составе небольшое количество порошка особой искусственной смолы — пульвербакелита. Пульвербакелит при соприкосновении с нагретой моделью и доской плавится, а затем отвердевает, образуя твердую корку. Когда через несколько секунд бункер переворачивают назад, на поверхности модели остается скорлупка толщиной около сантиметра.

Скорлупку вместе с моделью и плитой помещают на одну минуту в электропечь, нагретую до температуры в 300–350 градусов. Происходит отвердевание состава, после чего его снимают с модели. Так же изготовляют вторую половину формы. Их соединяют, устанавливают в ящик, засыпают землей. Можно производить отливку.

Быстрота, механизируемость этого метода также гарантируют ему все более широкое применение.

В литейном деле используется не только высокое давление, но и высокий вакуум.

В расплавленный металл погружается медная пустостенная форма. Между ее двойными стенками циркулирует охлаждающая вода, а из внутренней полости откачивается воздух и в образовавшийся вакуум засасывается металл. Соприкасаясь с холодными стенками формы, он кристаллизуется. Если теперь снова пустить в форму воздух, металл выльется из нее, оставив застывшую корку у стенок — готовую трубку. Если дать металлу остыть целиком, мы получим отличную отливку. Мы уже говорили о том, как улучшает качество металла литье под вакуумом.

Этот способ также применим пока только для цветных металлов и в массовом производстве.

Вот каким разнообразным стало древнее литье! Оно поставило себе на службу и высокие давления, и вакуум, и центробежную силу, и свойства пластмасс и смол. И все-таки самым универсальным и сегодня остается литье в землю.

А между тем у него много недостатков. Мы уже говорили о них. Взять хотя бы возню с земляной смесью и с очисткой форм. Но попробуйте представить, каким еще способом можно отлить чугунную деталь гидравлической турбины? Не вытягиванием же в вакуум или выдавливанием в кокиль под давлением!.. Вот и приходится пока мириться со всеми неудобствами этого способа литья. Конечно, только пока… Пока кто-то не придумает другой способ литья — не менее универсальный, но более удобный, производительный, гигиеничный, быстрый.

А что он будет придуман, сомнений нет.

Литье вверх

Не часто появляется в современной технике принципиально новый метод обработки материалов. Из глубокой древности пришли в наш век резание, литье, ковка. В черновиках Леонардо да Винчи мы находим первый чертеж прокатного стана для олова. В 1943 году супруги Б. Р. и Н. И. Лазаренко открыли электроэррозионный способ обработки металлов…

И вот летом 1959 года на Всесоюзной промышленно-экономической выставке в Москве мне посчастливилось познакомиться с изобретателем принципиально нового способа обработки металлов. Настолько нового, что я и сейчас не знаю, к какому виду его отнести — к литью, к прокату?

Доктор физико-математических наук профессор Александр Васильевич Степанов, скромный, спокойный человек, у стенда в павильоне Академии наук рассказал о своем только что возникшем методе. Он его называет методом получения любых профилей прямо из расплава.

Их бесконечно много — различных форм проката.

…В ванну с расплавленным алюминием опускают торцем обрезок трубы, своеобразную «затравку». Расплавленный металл соприкасается с твердым, и, когда трубу приподнимают, силы молекулярного сцепления поднимают за ним из расплава часть металла, точно повторяющего профиль «затравки». Часть металла при этом охлаждается, кристаллизуется. Трубу еще приподнимают. Застывает новый слой металла. Еще и еще. Из ванны с расплавом растет со скоростью 10–20 м в час совершенно готовая труба с чистыми, словно отполированными стенками, точно выдержанным диаметром.

— Да разве только трубы можно изготовлять этим методом? — говорит профессор. — А вот полюбуйтесь, заготовка для производства шестерен. — Он протянул металлический стержень с продольными ребрышками. — Осталось только отрезать от этого стержня шестерни. Профиль может быть любым, в том числе и таким, какой невозможно получить никаким другим способом. Можно тянуть прямо из расплава пластины толщиной в долю миллиметра, почти фольгу, и толстостенные трубы или балки. Можно получать все изделия современного проката, минуя все промежуточные процессы, в целом ряде случаев обходясь и без дальнейшей обработки на металлорежущих станках.

И еще: новый способ годится не только для металлов, а для всех материалов, которые могут быть расплавлены…

Так возникает новое. Миллионы людей видели, как за ложкой, вынутой из банки с медом, тянется длинный хвост вязкой жидкости. Но никому не пришло в голову до Александра Васильевича использовать это явление в качестве метода металлообработки. А сколько еще таких известных всем, очень простых явлений ожидает, чтобы и их поставили на службу человеку?

Нет, это дается не каждому! Ведь только после того, как открытие сделано, кажется оно простым. И тогда каждый думает про себя: как же это я не догадался?

Металл подчиняется силе

Мы уже говорили об одном из методов этого вида обработки, когда не хитрость, не обходный маневр, а прямую силу применяет человек для того, чтобы придать металлу требующуюся форму. Мы говорили о прокатке, когда исследовали путь металла от домны до машиностроительного завода. Мы не могли там не рассказать о блюминге — первом среди прокатных станов, в валки которого попадает 75 процентов всей выплавляемой стали и огромная часть цветных металлов и сплавов.

Огромная часть, но не все. Ибо не над всеми металлами властна обработка давлением.

Возьмите кусочек чугуна и попробуйте убедиться, проковывая его хоть тем самым молотком, которым вы забиваете гвозди на обломке рельса вместо наковальни, что это — металл. Ведь первым признаком металла считали встарь его ковкость. «Тела, которые ковать можно», — определил их Ломоносов. Но можно сразу сказать: чугун (обломок сковороды, например) не проявит своих металлических свойств. Он будет трескаться и рассыпаться, если вы усилите удары. Но проявить пластических свойств, изменить форму под воздействием ударов он не пожелает.