К 65-летию ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина»
УДК 669-419.4
РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА БИМЕТАЛЛОВ*
© Быков Анатолий Андрианович, канд. техн. наук ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина». Россия, 105005, 2-я Бауманская ул., 9/23. Тел.: +7 (494)777 93 01, e-mail: chermet@chermet.net
Статья поступила 25.11.2008 г.
Представлен обзор производства и применения биметаллов в России.
Ключевые слова: металлы; сплавы; плакирующий слой; коррозионная стойкость; эксплуатационные характеристики.
Биметаллы и многослойные металлы, состоящие из
двух или нескольких слоев различных металлов либо сплавов, представляют особый класс конструкционных материалов с широким комплексом эксплуатационных и технологических характеристик. В основе их практического применения лежит возможность создания композиций с заранее заданными, подчас уникальными свойствами, а также экономное использование остродефицитных и дорогостоящих материалов. Современная техника позволяет выпускать широкий сортамент биметаллических полуфабрикатов в виде листов, лент, труб, проволоки, профилей и т.д.
В биметаллическом полуфабрикате для основного компонента (или слоя), который, как правило, выполняет функцию силового элемента и имеет большую толщину, выбирается более дешевый металл. Плакирующий слой в зависимости от требований к материалу может иметь высокие физико-механические свойства (коррозионную и износостойкость, электропроводность и т.д.) или выполнять роль декоративного покрытия. Обычно этот слой имеет меньшую толщину и изготовляется из более дорогих и дефицитных материалов. Сочетание в одном материале различных свойств, например коррозионной стойкости и высокой механической прочности, и является основой использования биметаллов и многослойных металлов.
По аналогии с производством монометаллических материалов сортамент выпускаемых промышленностью биметаллических материалов можно разделить на следующие основные группы:
- листовые - листы толстые и тонкие, ленты, полосы;
- сортовые в виде простых и фасонных профилей общего и специального назначения;
- трубы круглого поперечного сечения и профильные;
- специальные (профили электротехнические, £ инструментальные, для теплообменной аппаратуры, ™ периодические профили, для прокатных валков и др.).
По назначению многослойные металлические ма-| териалы подразделяют на коррозионностойкие, из-
* Окончание статьи в № 9, 2009 г.
носостойкие, инструментальные, термобиметаллы, электротехнические, проводниковые, контактные, антифрикционные, для глубокой вытяжки, для бытовых изделий, для теплообменной аппаратуры, для строительных конструкций и др.
Первые попытки получения биметаллов относят к временам Древнего Рима, где их применяли преимущественно в декоративных целях. Это были медные и бронзовые украшения, покрытые слоем золота и серебра, инструмент и оружие, в которых бронзовую часть отливали совместно с рукояткой из меди и др. В дальнейшем, когда человек стал использовать кузнечную сварку, к биметаллам можно отнести изготовление дамасской стали путем совместной ковки пакета из нескольких полос железа и стали, двух- и трехслойных клинков (холодное оружие) и различных инструментов.
В более поздние времена производство биметаллических изделий развивалось и совершенствовалось. Известно, например, что в 1769 г. для баланса хронометра был применен биметалл из стали и латуни, а в 1817 г. сконструировали биметаллический хронометр из серебра и платины [1].
Практически начало промышленного производства биметалла относится к концу XIX - началу ХХ вв. В 1860-х годах в США были изготовлены ста-лемедные провода, применявшиеся вместо медных в слаботочных телефонных, телеграфных, сигнальных и других сетях. В 1885 г. такие провода были получены во Франции, а в 1890 г. - в Германии. Способ получения такой проволоки заключался в предварительной очистке стального сердечника, погружении его в расплав меди для нанесения на него тонкого слоя меди и затем установки такой заготовки в изложницу и заливки сердечника жидкой медью. В дальнейшем биметаллическую заготовку прокатывали в калибрах и волочили до получения проволоки нужного диаметра.
Примерно в это же время началось промышленное производство биметаллических листов с помощью совместной прокатки разнородных металлов. Биметалл сталь + алюминий (так называемый ферран) применя-
ли для изготовления посуды, ложек, консервных банок, бидонов и т.п. Для изготовления посуды использовали также биметалл сталь + никель. В США в 1928 г. были получены первые плакированные никелем двухслойные листы, а спустя два года там же начали промышленное производство двухслойной стали. Вскоре было освоено плакирование листов углеродистой стали медью, коррозионностойкой сталью и другими металлами и сплавами [1-2].
Планы электрификации в Советском Союзе требовали производства огромного количества проводов из остродефицитной меди, в связи с чем встал вопрос об освоении выпуска отечественной промышленностью сталемедных проводов. Использование биметалла сталь + медь позволило бы не только резко снизить расход меди, но также при относительно равном электросопротивлении существенно повысить прочностные свойства электропроводов. В 1928 г. под руководством проф. Б.В.Старка на Кольчугинском заводе по обработке цветных металлов начали промышленное производство сталемедной проволоки путем покрытия стального стержня жидкой медью и последующих прокатки и волочения. Позднее (в 1930 г.) начали изготовлять биметаллическую проволоку методом совместной прокатки и волочения. В 1931 г. ста-лемедную проволоку начал выпускать завод «Серп и молот» [2, 3], а в 1953 г. - Магнитогорский метизно-металлургический завод (МММЗ). В 1974 г. на МММЗ был пущен цех по производству сталеалюминиевой проволоки. Аналогичные производства были созданы на Волгоградском сталепроволочно-канатном и Запорожском метизном заводах.
На ряде отечественных заводов было начато освоение промышленного производства плакированных листов и лент широкого сортамента. В 1929 г. начали выпускать листы дюралюминия, плакированные чистым алюминием, в 1931 г. был налажен выпуск биметаллических листов сталь + алюминий для изготовления посуды. С 1932 г. в больших для того времени количествах на Нытвенском металлургическом заводе началось производство биметаллических полос томпак + сталь + томпак методом горячей прокатки [1] (с 1983 г. производство таких полос осуществляется по технологии холодного плакирования). По заказу радиотехнической промышленности было освоено производство биметаллической ленты и проволоки сталь + никель, которые использовались в анодах радиоламп.
Одновременно происходило освоение технологии получения биметаллических прутков и труб, в том числе труб из низкоуглеродистой стали с наружным медным слоем и труб из дюралюминия, плакированных снаружи алюминием. К тому же времени относится и разработка технологии получения свертопая-ных труб из холоднокатаной стальной ленты, покрытой гальваническим способом с обеих сторон медью. Применяли также метод совместной протяжки через
1 Технический отчет по теме «Освоение производства двухслойной
волоку биметаллической заготовки, собранной из двух коаксильных труб.
Развитию электротехнической промышленности немало способствовало применение термобиметаллов. В 1930 г. на Московском заводе «Динамо» впервые были получены термобиметаллические пластины. В 1932 г. налажено промышленное производство трех отечественных марок термобиметаллов. В 19441948 гг. в СССР под руководством Л.Е.Миллера, Д.И.Габриэляна, И.И.Бычкова и С.В.Виноградова были проведены комплексные исследования по разработке технологии промышленного производства новых термобиметаллов из черных и цветных металлов и сплавов. Результатом этих работ стали новые электротехнические материалы с высокими механическими и эксплуатационными характеристиками. Термобиметаллы сталь + инвар, томпак + инвар, латунь + инвар и другие получали горячей совместной прокаткой [4].
Осваивались методы изготовления биметаллического литья втулок, подшипников и других деталей для нужд авиа- и автостроения. Был использован также метод непрерывной заливки баббита и свинцовистой бронзы на стальную ленту.
В первой половине ХХ в. из-за многочисленных поломок отвалов плугов за рубежом перешли от монометаллической отвальной стали к трехслойной. Ведущие зарубежные фирмы «Рабеверк», «Джон Дир» и др. начали применять для изготовления отвалов плугов трехслойные стали с соотношением толщин внешних (твердых) и внутреннего (мягкого) слоев 1:1:1, а также со смещением внутреннего слоя в соотношении 2:3:4. Содержание углерода в стали внешних слоев составляет 0,6-1,1%. В СССР производство износостойкой трехслойной стали композиции сталь 60 + сталь 15 + сталь 60 с соотношением слоев 1:1:1 было организовано в середине 1950-х годов на Таганрогском и Горьковском металлургических заводах [5, 6]. На Горьковском заводе был начат также выпуск биметаллической инструментальной стали типа «компаунд». Такие биметаллы нашли широкое применение для режущего инструмента - машинных ножей, кожевенных и бумагорезательных машин и других инструментов. В биметаллическом инструменте основа изготовляется из низкоуглеродистой стали, а режущая часть - из легированной стали или твердых сплавов.
Разработка технологии производства двухслойной коррозионностойкой стали методами литейного плакирования и пакетной прокатки была начата впервые в СССР в 1940-1941 гг. на металлургических заводах «Запорожсталь» и «Серп и молот» сотрудниками лаборатории обработки металлов давлением Научно-исследовательского института качественных сталей и ферросплавов1 (ставшего впоследствии базой для создания ЦНИИчермета) Н.П.Громовым, А.И.Ильичевым ^ и И.М.Шайкиным. Однако начавшаяся война помеша- ™ ла внедрить результаты исследований в производство коррозионностойких биметаллов. В послевоенные >
с;
<
и на заводе «Запорожсталь», 1941 г.
годы потребности промышленности в коррозионно-стойких материалах выявили необходимость организации их производства в промышленных масштабах. В конце 1940-х - начале 1950-х годов на Кузнецком металлургическом ком
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.