Инструментальная сталь

ГРАНДИОЗНЫЙ УСПЕХ - ИЗОБРЕТЕНЫ, ОСВОЕНЫ И ОПРОБОВАНЫ БЕЗВОЛЬФРАМОВЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ И МЕТОДЫ ИХ УПРОЧНЕНИЯ. НЕОБХОДИМО МАССОВОЕ, БЕЗОТЛАГАТЕЛЬНОЕ ВНЕДРЕНИЕ НОВИНОК ПРОМЕДЛЕНИЕ ОБОРАЧИВАЕТСЯ МИЛЛИОНАМИ РУБЛЕЙ УБЫТКА

Завод, нисколько не особенный, а, напротив, вполне рядовой, испытывал нехватку инструментальной стали, в чем также не усмотрим чего-либо примечательного. Собственное хватало этому заводу вольфрама. А его и вообще не хватает подскажет нам сведущий читатель и это будет истинная правда. Что же завод? Он — так и хочется сказать «не долго думая» — решил изобрести инструментальную безвольфрамовую сталь. Ну просто для того, чтобы выйти таким образом из затруднительного своего положения.

Красивая история, ухмыльнется сведущий читатель. Взял и решил.. Да это проблема государственного и даже мирового, если хотите, масштаба.



Для таких задач существуют научно-исследовательские институты. У них и финансирование, и знатоки, и авторитет... Но тогда это была бы история обыкновенная. А в нашей — Бакинский завод холодильников, повторяем- не институт, не металлургический комбинат даже не ЗИЛ или КамАЗ, а рядовой завод Азербайджана республики, где никогда в платную не занимались исследованиями в области металлургии.

Генеральный директор ПО «Бакэлектрорибор (сейчас он председатель АзССР) Аяз Ниязович Муталибов вызвал как-то для разговора по душам группу молодых металловедов. Кабинет руководителя они покидали окрыленными и растерянными. Предложить «поискать чего-нибудь, чтоб, без вольфрама» мог бы, конечно, любитель эффектов, но Аяз Ниязович был инженер!

Заводская лаборатория с ее весьма скромным оборудованием была малообещающим началом. В наше время принято начинать с размахом. Коль такая проблема, под стать ей должен быть и кабинет директора, и число заместителей и протяженность застекленных корпусов...

Ответственным исполнителем темы стал Н М. Сулейманов. На его счет много можно отнести существенного. В истории, пожалуй, главной его заслугой была способность правильно понять и построить свою «игру». Не знаю пришлось ли ему бороться с искушением «все сделать самим», важно что лаборатория не отказавшись от «сумасшедшей идеи» вместе с тем реально представила себе невозможность осуществить ее «в своем узком кругу».

Сулейманову помогло то что он к этому времени стал аспирантом профессора

А. Г Рахштдта на кафедре доктора технических наук Д. А Прокошкина в МВТУ им. Баумана. Так протянулась одна ниточка к очень важному партнеру. Другим согласился стать не менее могучий институт — ЦНИИ черной металлургии им. И. П Барди на. Здесь эту тему вела доктор технических наук К. А Ланская.

Лаборатория со временем превратилась в отдел металловедения, где сталь уже исследовали современными методами. Работы нового отдела завода холодильников оказались столь перспективными, что ими заинтересовалась Академия наук Азербайджанской ССР, и в 1978 г создается отдел металловедения и термической обработки Института физики АН АзССР. Через два года на основе этого отдела АН АзССР организовала конструкторско-технологическое бюро металловедения СКТБМ «Кристалл» с собственным опытным заводом. Но все это второстепенно по сравнению с тем, каким энтузиазмом были охвачены искатели безвольфрамовой стали как яростно работники, забыв о воскресных днях и вечернем отдыхе. Завод-то больше напоминает опытную мастерскую. Они нашли, что искали. Новые марки сталей и методы их термического упрочнения начали признавать не только в нашей стране, но и за рубежом.

Не чудесно ли все это? За короткий срок в неспециализированном не научном учреждении . Тут есть над чем подумать.

С чего же пришлось начинать?

Многие эксплуатационные свойства быстрорежущих инструментальных сталей зависят от легирования вольфрамом молибденом, кобальтом. Первая марка быстрорежущей стали была создана в 1906 г., содержала она около 18 вольфрама. Потом удалось количество вольфрама сократить до 6 %, но взамен пришлось добавить молибден и кобальт. Одна из наиболее распространенных в СССР быстрорежущих сталей Р6М5 содержит 6 процентов вольфрама и 5 — молибдена. Здесь тугоплавких металлов в мире невелики и считают, что вольфрама хватит еще лет на 30—50, а молибдена — на 40. Наше страна уже давно докупает вольфрам за рубежом.

Еще перед войной советские металлурги пытались выплавлять беэвольфрамоьые стали, легированные лишь молибденом хромом и ванадием . Помешала война в США, где применяют безвольфрамоаую быстрорежущую сталь, которая содержит 8 % молибдена, что для страны с большими запасами этого металла экономически выгодно. И все же такие стали не мокли конкурировать с обычными вольфрамовыми.

Впрочем, вольфрамовые стали металловеды вовсе не считают идеальными: даже

18 % вольфрама не позволяют значительно повысить стойкость инструментов. Прочность и твердость их прежде всего зависят от карбидов вольфрама, образующих зерна. Практически 60 % всего вольфрама содержится именно в крупных карбидах, упрочняя сталь, они, к сожалению, делают ее хрупкой. Потому-то плохо помогало дополнительное введение вольфрама: карбидов не становилось больше, они лишь укрупнялись. А крупные, хотя и твердые, легко выкрашиваются из режущей кромки. Нужно было искать иной путь упрочнения.

Задачу создания безвольфрамовых сталей азербайджанские физики и их московские соавторы стали решать в два действия. Во-первых, искали такой ее состав, чтобы пе уменьшилась твердость, а во-вторых, подбирали температурный режим закалки и отпуска, дающий наилучшую структуру. От этого зависят ее ударная вязкость и пластичность.

Сначала о легировании. Карбиды (различного состава соединения легирующих металлов с углеродом) — вот упрочняющие сталь компоненты. Но сложные карбиды, которых содержит несколько атомов металла и углерода, растворяются уже при низких температурах, легко удаляются из режущей кромки. Значит, главную роль в упрочнении стали должны играть карбиды простейшего состава — высокотвердые термически устойчивые и дисперсные.

Чтобы отказаться от применения вольфрама, нужно заменить его другим тугоплавким металлом, например ванадием, запасов которого вполне достаточно. Ввести ванадия нужно ровно столько, чтобы он образовал с углеродом как можно больше простейших карбидов. Вместе с ванадием для получения карбидов в новую сталь добавляют немного титана.

Сколько будет в стали упрочняющих частиц, зависит и от содержания в ней углерода Если его меньше 0,5 %, карбидов слишком мало, чтобы получить высокую прочность, износостойкость, теплостойкость. Верхний предел — 1 % — начинают снижаться ударная вязкость и пластичность.

Кроме трех основных карбидообразующих элементов — ванадия, титана, углерода,— нужны и другие добавки, которые будут упрочнять саму кристаллическую решетку, матрицу стали, ее «скелет». Это хром, молибден, кремний, бор, ряд микродобавок Все они, кроме молибдена, недороги и недефицитны.

Сталевары, как и повара, сначала выбирают «продукты», из которых будут готовить, а потом — «рецепт», способ приготовления. Что тут важнее, трудно сказать ведь даже самые лучшие продукты у неумелого повара могут недовариться или подгореть. Так и со сталью. Мало иметь подходящий состав, нужно еще найти такой температурный режим закалки и отпуска, чтобы структура стали получилась наилучшей, мелкозернистая матрица с равномерно распределенными по ней мельчайшими карбидами. Тогда и твердость не пострадает, и ударная вязкость может возрасти.

Заколка и два или три отпуска — таков стандартный процесс упрочнения стали. Структура получается грубая, неоднородная твердые крупные частицы сложных первичных карбидов, образовавшихся при закалке, чередуются в ней с менее твердой матрицей. Поэтому и пластичность невысока.

Бакинцы предложили новый способ термической обработки инструментальных сталей (а. с № 491703). двойная закалка с изотермической выдержкой. Это нужно вот для чего- большинство первичных сложных карбидов при этом распадается во вторичные простые, которые равномерно распределяются по всему объему. В такой высокодисперсной структуре практически все участки будут обладать одинаковой прочностью. Размеры упрочняющих частиц столь малы, что их можно увидеть лишь в автоионный микроскоп. И еще после этой закалки концентрация углерода в стали уменьшается, от этого растет пластичность и ударная вязкость . Сочетая умелый подбор легирующих добавок с новой термообработкой, можно получить сталь, обладающую совершенно новыми свойствами,— твердую и в то же время нехрупкую.

Невозможно изобрести такую инструментальную сталь, которая годилась бы «на все случаи жизни». Такая сталь, будь она выплавлена, была бы чем-то вроде «лучшего архитектора среди поэтов». Прежде чем составить «рецепт» новой стали, металловеды должны четко знать ее будущую профессию.

Вот, скажем, быстрорежущие стали. Им предстоит трудиться в самых невыгодных условиях: это только в кино легкая стружка весело завивается в колечко. Резцу нужна красностойкость, то есть способность оставаться твердым и при весьма высоких температурах. Для этого быстрорежущие безвольфрамовые стали СКТБМ «Кристалл» содержат тугоплавкий молибден, но этого дефицитного металла здесь почти в два раза меньше, чем в стали Р6М5. И все же при тяжелых режимах резания стойкость новых сталей г 1,5 раза выше обычных.

У штампов горячего деформирования условия работы полегче, хотя температурные нагрузки тоже большие. Поэтому процент молибдена в таких сталях можно еще уменьшить. Стойкость экспериментальных сталей в сравнении с обычными (8 % вольфрама) и здесь заметно возросла. Штампы холодного деформирования не требуют красностойкости. Для них предназначены новые стали и вовсе без молибдена. Их структура высокодисперсная и все кромки штампа изнашиваются равномерно, нет отколов. А стойкость возросла в 2—4 раза.

Бакинские безвольфрамовые и маломолибденовые стали гораздо дешевле обычных. На каждой тонне государство сберегает 1 500—2 00С рублей. И это только стоимость материала. За два года опытно-промышленных испытании было сэкономлено 16 тонн вольфрама. Кроме этого, в 2—10 раз уменьшено использование молибдена. Весомая экономия!



Все марки безвольфрамовых сталей не имеют себе подобных не только в нашей стране, но и за рубежом, и каждой выдано «свидетельство с рождении» (а с» № 532656, 598954 720046, 722985, 87259: 924152).

Испытания новых сталей и их опытно-промышленное опробование уже позади. Особенно большой интерес к безвольфрамовым инструментам проявило Ленинградское оптико-механическое объединение им. Ленина, там они впервые прошли весь комплекс проверок. Фрезы, развертки, зенкеры показали повышенную стойкость. Такие же выводы сделаны на Минском мотовелозаводе на КамАЗе, на заводе им Лихачева, на «Красном пролетарии».С заводов и объединений на деле испытали преимущества новых сталей Японские и западно-германские специалисты дали им высокую оценку.

До конце 1983 года выплавкой безвольфрамовых сталей занималась лишь «Электросталь» в Подмосковье—всего несколько сотен тонн в год. Это немало, когда речь идет о небольших инструментах — резцах фрезах. С 1984 г к плавке новой продукции приступят еще два металлургических комбината.

А новые способы термического упрочнения годятся не только для экспериментальных, но и для вольфрамовых сталей. Оптимальные режимы отпуска и закалки обычных деталей и инструментов дают немалый экономический эффект.

Древний и молодой Киев недавно отпраздновал свой 1500-летний юбилей. В честь этого события в городе воздвигли монумент, эмблема которого была отлита из сверхпрочного сплава. Инструменты, прикасаясь к этому сливу, моментально тупились. А чтобы смонтировать эмблему на стальной арке монумента нужно нарезать резьбу в двух тысячах отверстий. На помощь киевлянам пришли бакинцы, специалисты СКТБМ Кристалл. Они так упрочнили режущие инструменты, что «непокорному» сплаву пришлось капитулировать.

Вот как упрочняют инструменты из вольфрамовой стали по методу бакинцев. Их нагревают до 900 °С в ванне с расплавленным хлористым барием. Затем ступень изотермическая закалка: сначала в голевом растворе сложного состава с низкой температурой плавления, а потом в закалочной жидкости. Когда деталь остынет, ее еще раз нагревают и сразу же осаждают. И последний этап — снятие структурных напряжений, возникших из-за перепадов температур (отпуск). Процесс не усложнился — оборудование все то же. А во времени выигрыш вместо нескольких продолжительных отпусков лишь один. Главное же, фрезой из стандартной стали, стойкости которой хватало на обработку 9—10 деталей, после упрочнения обрабатывают 40. калибровочные метчики смогли нарезать 1 200 отверстий вместо 400; упрочненные сверло в несколько раз увеличило свою работоспособность. В этом убедились на Сестрорецком заводе им. Воскова, на заводе «Фрезер» им. М. И Калинина, в объединении «Гомсельмаш», на Куйбышевском четвертом государственном подшипниковом заводе. Испытания упрочненных инструментов за год опробования упрочненных по новой технологии деталей, удалось получить экономический эффект в 500 тыс рублей. Экономисты подсчитали, что если хотя бы 30 % используемой сегодня инструментальной стали пройдет такую термообработку, годовая экономическая эффективность по стране составит свыше 500 млн. рублей.

— Неужели,— усомнится читатель,— не было у изобретателей никаких сложностей с признанием новых сталей и способе термической обработки?

Было как не брось, весьма прохладно отнесся к новинке головной институт Миг станкопрома ВНИинетрумент. Его специалисты сомневались и в оригинальности 6а- кинских сталей, и в преимуществах термического упрочнения. Еще было Новички замахнулись на незыблемое, девятилетиями отработанное. А разве просто внедрять с разработки сразу на сотне предприятий огромной страны? Впрочем, эти-то хлопоты, как считает директор СКТБМ «Кристалл» Низами Мамедович Сулейманов, самые счастливые. Ведь именно ради них отданы годы напряженной работы.

Сколько вечеров провел Низами Мамедевич в лаборатории за микроскопом, проверяя качество слитков сколько раз уезжал он из дома в очередную командировку, знают наверное, только его близкие. Им то же приходится трудно: за 16 лет семья директора меняла прописку 14 раз — собственной квартирой Низами Мамедович так и не обзавелся,, приходится снимать. Зато семилетний сын уже мечтает о профессии металловеда. Столь заразителен подлинный энтузиазм.

Что ж, успех ученых бесспорный и заслуженный: президиум Академии наук СССР в декабре прошлого года принял по докладам азербайджанских физиков постановлено, рекомендующее широкое промышленное внедрение новых сталей и методов термического упрочнения. Талантливый молодой коллектив поверит в свои силы, появились новые.

По рекомендации президента Академии наук Украинской ССР, академика Б. Е. Патона металловеды СКТБМ «Кристалл» при были на Волжский трубный завод, чтобы разобраться в условиях производства труб для газопроводов. Нужно повысить прочность и морозостойкость отечественных газовых труб без легирования их дорогостоящими и дефицитными металлами. Пока еще поиски бакинцев в этом направлении незавершены, но уже есть весьма обнадеживающие результаты.

Фирменная сталь «Кристалл», разработанная в СКТБМ, обладает уникальными характеристиками — необыкновенной ударной вязкостью при высокой твердости. Еще вчера такое сочетание казалось фантастикой.

Перспективны способы дополнительного упрочнения режущей кромки инструментов с помощью воздействия на нее плазмы или излучения сверхмощных газовых лазеров

Наряду с инструментальными бакинцы разрабатывают и новые конструкционные стали И мечта Н.М. Сулейманова — так повысить прочность этих сталей, чтобы металла на изготовление конструкций требовалось вдвое меньше, чем сегодня,— совсем не утопия„ если учесть энергмю и настойчивость бакинских металловедов.



Монография А И Целикова «Расчет конструирование прокатных машинорудиия была первая в мире фундаментальная работа (в которой, кстати почти все основные методы и теории были разработаны самим автором) основа не только новой науки, но также путем конструирования машин и проектирования технологических процессов . Когда в 1945 году было принято решение об организации Центрального конструкторского бюро металлургического машиностроения (ЦКБММ), ни у кого не было сомнений, кто должен его возглавить.

С зтого времени вся деятельность Александра Ивановича неразрывно связана с гигантами тяжелого машиностроения и металлургии. Под его руководствои созданы уникальные металлургические агрегаты, во многих случаях не имеющие равных в мире: блюминг, непре рывные листовые, станы, трубопрокатные и трубосварочные машины. Целиков — один из пионеров разработки и внедрения не прерывные металлургических процессов, получения прокатных изделий сразу из жидкого металла.

Подлинной революцией в металлообработке стало создание по идее Александре Ивановича и при его активнейшем участии принципиально нового направления — прокатки деталей. Станы дпя прокатки шаров роликов, осей, втулок, шестерен, винтов и другие изделий кардинальным образом повысили производительность труда, резко улучшили качество деталей. В 1959 году ЦКБММ было реорганизовано во Всесоюзный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт металлургического машиностроения — ВНИИметмаш. Созданные институтом машины упрочили во всем мире славу советского машиностроения. Среди зтнх машин — чудо XX век» : пресс-усилитель тысяч тонн, в рекордные сроки спроектированный и построенный Советским Союзом для Франции.

Но для Александра Ивановича одинаково дороги и этот гигантский пресс и миниатюрный, умещающийся на столе стан для прокатки тончайшей ленты. За 150 авторскими свидетельствами академика Цепикова — россыпь блестящих идей, тысячи машин, разработанных под его руководством. Свое восьмидесятилетие А. И. Целиков встречает новыми разработками. Этс агрегаты для производства стали непрерывным методом, крупнейшие в мире гидротаты и газоставты дпя порошковой металлургии и другие машины.

Долгие годы Александр Иванович — член редколлегии «Изобретателя и рационализатора». Мы от всей души желаем ему здооовья и успехов во всем, что им задумано.