Економія матеріалів та електроенергії, підвищення безвідходності виробництва в металообробній промисловості

Ви дізнаєтесь

Нині практична діяльність людини ввійшла в різку суперечність з довкіллям. Людина, озброївшись різними технічними засобами, здійснює величезний вилив на живу і неживу природу. Його зазнають водне і повітряне середовища, ґрунти й надра, рослинний і тваринний світ. Украй гостро стоять проблеми, пов’язані зі змінами в біосфері, здоров’ям і життям самої людини.

Встановлено, що за ступенем забруднення природного середовища нині перше місце посідають металургійна промисловість і автотранспорт — 70-85 % усього обсягу забруднень.

В розвинених країнах світу на перше місце виходять наукоємиі виробництва, такі як мікроелектроніка, обчислювальна техніка, малотоннажне виробництво надчистих матеріалів тощо.

Одним із шляхів, що можуть пом’якшити шкідливі наслідки індустріалізації, є перехід па безвідходні виробництва, побудовані на замкнених циклах водопостачання, повітропостачання тощо. Певні успіхи в цьому напрямі є, зокрема, й в Україні, де в наш час уже діють понад 150 підприємств, цехів і виробництв, що використовують замкнену систему водопостачання (наприклад, Верхньодніпровський гірничо-металургійний комбінат).

Забрудненість близько третини атмосфери, природних вод і ґрунтів припадає на відходи від металургійної промисловості. Найбільші обсяги промислових забруднень відзначено в Дніпроне-тровській, Запорізькій і Донецькій областях. Рівень промислової забрудненості в Україні є одним із найвищих у країнах Європи.

Збільшення виробництва і споживання металів — одна з найбільш характерних рис цивілізації кінця XX — початку XXI сторіччя. Незважаючи на відкриття і масове застосування великої кількості нових неметалевих конструкційних матеріалів, метали ще мають величезне значення у сучасному світі.

Так, за останні 20 років світове виробництво заліза збільшилося приблизно в 2,7 разу, міді — у 2,3, алюмінію — у 4,7, нікелю — у 4, цинку — у 2 рази, титану — у 17 разів.

Відомо, що велику частину металевих напівфабрикатів одержують за традиційною технологічною схемою: плавлення металевих заготовок — кристалізація отриманого розплаву в злиток — деформування (прокатування з метою отримання листового та сортового прокату) злитка й надання сортовому прокату шляхом різання форми, заданої креслеником виробу. Результатом такого технологічного процесу є значні витрати енергії та отримання відходів (стружки), які погано піддаються вторинному використанню.

Одним із сучасних методів отримання виробів з металу є їх формування з металевих гранул у спеціальних формах, які точно відтворюють кінцеву форму деталі без застосування додаткової механічної обробки. В основі такого виробництва лежить технологія гранулюваїшя металів і сплавів, тобто отримання їх у вигляді невеликих кульок розміром від 0,001 до 0,2 мм (іноді більше).

Після одержання гранул з потрібними властивостями їх перетворюють у найбільш значущі деталі машин та механізмів, які працюють в умовах величезних, інколи екстремальних навантажень. Для цього попередньо гранули піддають процесу спеціальної очистки, а потім — тривалому пресуванню в умовах великого тиску і високої температури.

Тиск у робочій камері контейнера, де здійснюється пресування деталі з гранул, створюється шляхом подачі попередньо стиснутого до 300-500 атмосфер газу аргону, який запобігає процесам окислення на поверхні гранул (для порівняння зважте, що тиск у колесі вашого велосипеда знаходиться у межах 2-4 атмосфер). Заповнюючи камеру, аргон витискає повітря, що знаходиться в робочому просторі на початку пресування. Внаслідок нагрівання до 1200 С тиск аргону, що перебуває в замкненому просторі камери, підвищується до потрібного значення (2000 атмосфер).

Подібні умови на частки секунди створюються, наприклад, у

каналі гармати під час пострілу. Для гранулювання металів і сплавів використовують обладнання, яке забезпечує підтримання таких умов упродовж багатьох годин робочого процесу. При цьому гранули спікаються в одне ціле — монолітний виріб.

У наш час за цією технологією із нікелевих сплавів виготовляють деталі для турбореактивних двигунів (мал. 195). Усе технологічне устаткування для виробки-

цтва таких деталей складає високопродуктивну безупинну технологічну лінію.

Підвищення жароміцності деталей дає можливість істотно знизити їх масу. При цьому економія таких дорогих і дефіцитних металів, як нікель, кобальт, вольфрам, ніобій, хром в разі виготовлення деталей за новою технологією становить понад 50 %. Це означає, що великі обсяги надзвичайно високоміцного металу не потрібно буде зрізати із заготовок і перетворювати на стружку. Адже для того щоб зняти з заготовки з високолегованого жароміцного сплаву 1 кг стружки, треба витратити 1-1,5 год роботи металорізального устаткування.

Технологія виготовлення металевих деталей із гранул надає виробництву такі додаткові можливості:

• одержання виробів складної форми без додаткової механічної обробки;

• ущільнення виробів, отриманих литтям шляхом використання камер з високим тиском та температурою;

• відновлення деталей, що вичерпали свій ресурс роботи, у камерах для формування деталей з металевих гранул. Обробка великим тиском та високою температурою таких деталей призводить до зникнення в них мікротріщин та явища «втоми металу».

У наш час усе більшого значення в галузях виробництва різноманітної нової техніки набуває використання титанових сплавів.

Переведення виробництва деталей з титану на процеси гарячого пресування з титанових гранул дало ще більший ефект, ніж для нікелевих сплавів. Це пояснюється тим, що застосування таких технологій для виготовленні виробів із титана дало змогу у 2-3 рази зменшити витрати високовартісної сировини для його виробництва — титанової губки (в Україні її одержують із титанових руд — ільменіте і рутила) і легувальних металів, а також знизити трудомісткість механічної обробки за рахунок зменшення припусків.

Те саме стосується цієї технології у виробництві виробів з алюмінієвих сплавів. У першу чергу це відноситься до тих сплавів, що мають якісь спеціальні якості, наприклад, особливо високу міцність, зварюваність, жароміцність. Нові технології дозволили одержувати такі алюмінієві сплави, про які зовсім нещодавно не можна було і мріяти.

Таке промислове виробництво забезпечує отримання з гранул високоміцного алюмінієвого сплаву, який у 2,5 разу легший за залізо, але має стійкість легованої сталі. Впровадження таких сплавів докорінно змінило конструкцію деталей, механізмів та

агрегатів і технологію їх виробництва в машинобудівних галузях. При цьому залишаються і ті переваги нових процесів, що дозволяють зменшити використання металу на одиницю продукції і знизити трудомісткість обробки заготовок. Таким чином відбувається економія грошей, металу, енергії і створюється менший шкідливий вплив на природне середовище.

Технологія гранулювання підвищила безвідходність виробництва у металообробці, оскільки при цьому весь метал або сплав, що надходить до процесу обробки у вигляді гранул, витрачається на формування виробу.

Чи добре засвоїли?

1. Які переваги має технологія виготовлення деталей з металевих гранул?

2. Які додаткові можливості дає обладнання, що використовується для формування деталей з металевих гранул?

3. Назвіть основні метали і їх сплави, з яких виготовляють вироби за гранульною технологією?

Поясніть

1. Навіщо потрібно використову

вати інертний газ аргон?

2. Чому з використанням нової технології кількість відходів значно зменшилась?

Це матеріал з підручника Трудове навчання 8 клас Лебедєв