ЦВЕТНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ
УДК 62-492. 3: 669.4 (083.74) + 623.451.2 (083.74)
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА СВИНЦОВО-СУРЬМЯНИСТОЙ ДРОБИ ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА
© Василевский Павел Алексеевич, директор, e-mail: vasielevsk@mail.ru ООО «Камкор». Россия, г. Каменск-Уральский
Москалев Сергей Анатольевич, начальник отдела сырья, e-mail: moskalevsa@m-k.ru ЗАО «Металл-комплект». Россия, г. Каменск-Уральский
Железняк Лев Моисеевич, канд. техн. наук, e-mail: o.i.brazhnikova@urfu.ru Голованов Семен Андреевич, e-mail: golovanov-sem@pochta.ru
ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина». Россия, г. Екатеринбург
Статья поступила 17.12.2013 г.
Разработан и реализован в промышленном масштабе экологически чистый способ получения охотничьей свинцово-сурьмянистой дроби благодаря исключению из сплава соединения мышьяка. Ее себестоимость снижена путем использования вторичного сырья в виде аккумуляторного лома. Стойкость деформирующего инструмента повышена посредством термообработки готовой дроби вместо термообработки проволочной заготовки; сушка дроби ускорена закалкой ее в кипящую воду. Получены требуемые по стандарту твердость и точность дроби.
Ключевые слова: охотничья дробь; оптимальный состав свинцово-сурьмянистого сплава; экологичность; вторичное сырье; сниженная себестоимость; место проведения закалки; твердость и точность дроби.
После изучения маркетинговой ситуации в Институте «Цветметобработка» [1] были разработаны рекомендации по организации производства охотничьей дроби, на основе которых Каменск-Уральский завод по обработке цветных металлов (ОАО «КУЗОЦМ») приобрел и ввел в эксплуатацию агрегат фирмы Сопйпц^ Ргорега БрЛ (Италия). В этом агрегате выполняются следующие технологические операции: плющение проволочной заготовки на ленту, формовка на ленте шариков, их высекание из ленты, отделка дроби (обкатка и полирование), графитование, развеска, упаковка.
В качестве сырья фирмой предусматривалось использование сплава свинца с сурьмой. Однако первые же попытки получить дробь из этого сплава, а также из чистого свинца показали, что дробь не отвечает требованиям российского стандарта [2] ни по геометрии, ни по твердости. Выполнения требования ГОСТа можно было достичь дополнительным легированием сплава мышьяковистым ангидридом, но это привело бы к отрицательным экологическим и экономическим последствиям. В связи с этим перед промышленным освоением заводом выпуска дроби были рассмотрены некоторые методы производст-
ва охотничьей свинцово-сурьмянистой дроби и установлено следующее.
Один из способов получения гранул, в том числе дроби, путем воздействия на струю жидкого металла переменным электромагнитным полем не обеспечивает получение гранул равного размера [3], следовательно, требуется трудоемкая и вредная операция отсева дроби; кроме того, диаметр готовой дроби, получаемой этим способом, не превышает 4 мм.
Башенный способ литья дроби [4] весьма универсален. Он применяется для изготовления охотничьей дроби и картечи различных видов и размеров, однако ему свойственны определенные недостатки:
- дробь получается разноразмерной, поэтому так же, как и в способе [3], необходима операция отсева, увеличивающая затраты и сопровождающаяся выделением экологически вредной свинцовой пыли;
- вследствие строгих требований к каплео-бразованию и недопустимости образования оксидной пленки, забивающей отверстия дробели-тейной установки, нельзя использовать в шихте вторичное сырье, это повышает себестоимость дроби;
- невысокая точность геометрических характеристик дроби отрицательно влияет на ее служебные свойства.
По способу [5], включающему в себя формообразование дроби из свинцово-сурьмяни-стой проволочной заготовки, закалку в воду, отделку дроби обкаткой, получают охотничью дробь необходимой точности. Однако этим способом оказалось невозможно получение твердой дроби вследствие разупрочнения сплава в процессе ее отделки.
Задачу создания экологичного способа производства охотничьей дроби требуемой твердости при одновременном снижении ее себестоимости в ОАО «КУЗОЦМ» решили следующим образом [6]:
- при выплавке свинцово-сурьмянистого сплава с конкретным содержанием 3,5-4,5% БЬ с целью получения проволочной заготовки использовали вторичное сырье в виде лома и кусковых отходов сурьмянистого свинца;
- после плющения проволочной заготовки, формовки из нее дроби, высекания и отделки (обкатки и полирования) провели нагрев дроби до 225-235 °С с выдержкой 1,52,0 ч и закалку в кипящую воду.
Проведение закалки готовой дроби после ее отделки повысило стойкость инструмента вследствие использования проволочной заготовки пониженной твердости; кроме того, опытами было подтверждено, что как и в способе [5], закалка исходной заготовки до ее деформации не обеспечивает получения требуемой твердости дроби, так как достигнутая твердость практически полностью снимается при отделке дробинок. Закалка в кипящую воду сократила время сушки дроби. Указанный состав сплава и выполнение рекомендованных режимов следует соблюдать по следующим основаниям.
Согласно диаграмме состояния РЬ-БЬ растворимость сурьмы в свинце изменяется в функции температуры: при комнатной она составляет порядка 0,24%, при эвтектической (252 °С) равна 3,5%. Сплав с содержанием БЬ до 3,5% можно полностью перевести в однофазное состояние путем нагрева до соответствующей темпе-
Таблица 1. Твердость проволочной заготовки и дроби, МПа
Материал проволочной заготовки Твердость проволочной заготовки Твердость дроби
Свинец (ГОСТ 3778-77) 51 51
Свинцово-сурьмянистый сплав
(ГОСТ 1292-81) с содержанием
сурьмы, %
1,8-2,5 67-75 64-70
2,5-3,5 75-79 73-74
3,5-4,5 87-90 78-86
Свинцово-сурьмянистый сплав (ГОСТ 1292-81) с добавлением мышьяковистого ангидрида (ГОСТ 1973-77) 128-146 125-129
ратуры и затем зафиксировать это состояние достаточно быстрым охлаждением. Однако исследование показало, что термообработка по этому режиму не обеспечивает получения требуемой твердости дроби. С другой стороны, установлена возможность закалки сплава вследствие образования пересыщенного твердого раствора сурьмы в свинце, причем из-за сильной ее склонности к ликвации содержание БЬ менее 3,5% не гарантирует заданной стандартом твердости, а содержание БЬ свыше 4,5% практически не влияет на твердость, но повышает стоимость сплава. Следовательно, оптимальным является сплав с содержанием 3,5-4,5% БЬ (табл. 1).
Опытным путем авторами также установлены необходимые условия нагрева под закалку: температура 225-235 °С, время выдержки 1,5-2,0 ч (табл. 2),
Таблица 2. Твердость дроби диам. 2,0-5,0 мм до и после закалки
Температура нагрева под закалку, °С Содержание сурьмы в сплаве, % Начальная твердость дроби, МПа Твердость закаленной дроби (МПа) при выдержке дроби в печи, ч
0,25 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
200 75 85 97 108 122 122
230 3,0 73 80 86 98 120 131 129
250 81 88 99 109 130 130
200 92 104 113 128 129 128
225 94 110 123 137 150 150
230 3,5 76 95 112 125 138 159 156
235 94 112 126 138 154 153
250 94 113 128 134 155 155
200 109 126 135 148 159 160
225 110 127 146 152 161 162
230 4,2 86 110 128 148 153 163 164
235 114 130 144 156 163 164
250 121 137 149 158 164 163
150 107 109 123 130 138 138
200 116 129 146 158 165 163
225 Л £ 115 139 147 158 164 163
230 4,5 90 113 131 149 159 164 163
235 119 134 150 157 164 162
250 128 137 149 160 162 160
поскольку именно при таком режиме твердость дроби достигает максимума при отсутствии оплавления вследствие перегрева. Кроме того, применение в качестве закалочной среды кипящей воды по сравнению с использованием холодной воды обеспечивает сокращение времени обработки на 20%.
Таким образом, разработанный способ производства дроби [6] позволяет:
- изготавливать свинцово-сурьмянистую дробь всех предусмотренных стандартом видов и типоразмеров;
- применять свинцово-сурьмянистый сплав с невысоким содержанием сурьмы и при отсутствии экологически вредного мышьяка;
- использовать для получения исходной заготовки вторичное сырье в виде лома и кусковых отходов сурьмянистого свинца, в том числе аккумуляторного лома, и за счет этого снизить себестоимость продукции.
Реализацию способа в производственных условиях и одновременно исследование провели в следующем порядке. Исходную проволочную заготовку из свинцово-сурьмянистого сплава, полученного с добавлением разделанного и переплавленного аккумуляторного лома, подвергли плющению, затем формовкой получили дробинки и высекли их из плющеной заготовки. После этого провели отделку дроби путем обкатки и полирования. Затем следовали нагрев до 225-235 °С, выдержка в течение 1,5-2,0 ч и закалка в кипящую воду; завершили цикл сушкой, графитовани-ем и упаковкой дроби.
С целью поиска оптимального состава сплава, эффективного режима термообработки и места ее проведения в технологическом цикле было выполнено экспериментальное исследование, совмещенное, как отмечено выше, с выпуском опытно-промышленной партии дроби. В качестве исходных материалов для изготовления проволочной заготовки использовали: свинец (ГОСТ 3778-77); свинцово-сурьмянистый сплав (ГОСТ 1292-81) с содержанием 1,8-4,5% БЬ, в том числе полученный путем переплавки лома и кусковых отходов аккумуляторного лома; свинцово-сурьмянистый сплав (ГОСТ 1292-81) с добавлением мышьяковистого ангидрида (ГОСТ 1973-77). На основе данных табл. 1 по твердости проволочной заготовки и дроби, изготовленной из указанных выше материалов на агрегате Соп1:1пии8 Ргорега без проведения термообработки, были сделаны следующие выводы.
1. Дробь, изготовленная из свинцовой проволочной заготовки, не отвечала техническим
требованиям: имела недостаточную твердость, овальность и плоские участки; кроме того, возникало налипание свинца на рабочий инструмент установки.
2. Процесс получения дроби из свинцово-сурьмянистой проволочной заготовки проходил стабильно, дробь отличалась высоким качеством, минимальными отклонениями по диаметру и соответствовала характеристикам дроби охотничьей мягкой высшей категории качества, твердость кот
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.