Исследование мирового уровня, анализ традиционных технологий и разработка концептуальных основ перспективного применения нанотехнологий и наноматериалов при изготовлении прецизионной металлопродукции

Проведен анализ традиционных технологий производства прецизионной металлопродукции, а также нанотехнологий. Разработаны концептуальные основы перспективного применения нанотехнологий при производстве прецизионной металлопродукции....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2010
Hauptverfasser:	Стасовский, Ю.Н., Страшна, В.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2010
Schriftenreihe:	Металл и литье Украины
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49869
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Исследование мирового уровня, анализ традиционных технологий и разработка концептуальных основ перспективного применения нанотехнологий и наноматериалов при изготовлении прецизионной металлопродукции / Ю.Н. Стасовский, В.В. Страшна // Металл и литье Украины. — 2010. — № 3. — С. 8-14. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-49869
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-498692013-10-02T04:16:24Z Исследование мирового уровня, анализ традиционных технологий и разработка концептуальных основ перспективного применения нанотехнологий и наноматериалов при изготовлении прецизионной металлопродукции Стасовский, Ю.Н. Страшна, В.В. Проведен анализ традиционных технологий производства прецизионной металлопродукции, а также нанотехнологий. Разработаны концептуальные основы перспективного применения нанотехнологий при производстве прецизионной металлопродукции. Проведено аналіз традиційних технологій виробництва прецизійної металопродукції, а також нанотехнологій. Розроблено концептуальні основи перспективного використання нанотехнологій під час виробництва прецизійної металопродукції. The analysis of traditional technologies of creation of precision metal product and also nanotechnologies had done. The conceptual grounds of perspective using of nanotechnologies by creation of precision metal product had worked out. 2010 Article Исследование мирового уровня, анализ традиционных технологий и разработка концептуальных основ перспективного применения нанотехнологий и наноматериалов при изготовлении прецизионной металлопродукции / Ю.Н. Стасовский, В.В. Страшна // Металл и литье Украины. — 2010. — № 3. — С. 8-14. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49869 621. 774. 37 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Проведен анализ традиционных технологий производства прецизионной металлопродукции, а также нанотехнологий. Разработаны концептуальные основы перспективного применения нанотехнологий при производстве прецизионной металлопродукции.
format	Article
author	Стасовский, Ю.Н. Страшна, В.В.
spellingShingle	Стасовский, Ю.Н. Страшна, В.В. Исследование мирового уровня, анализ традиционных технологий и разработка концептуальных основ перспективного применения нанотехнологий и наноматериалов при изготовлении прецизионной металлопродукции Металл и литье Украины
author_facet	Стасовский, Ю.Н. Страшна, В.В.
author_sort	Стасовский, Ю.Н.
title	Исследование мирового уровня, анализ традиционных технологий и разработка концептуальных основ перспективного применения нанотехнологий и наноматериалов при изготовлении прецизионной металлопродукции
title_short	Исследование мирового уровня, анализ традиционных технологий и разработка концептуальных основ перспективного применения нанотехнологий и наноматериалов при изготовлении прецизионной металлопродукции
title_full	Исследование мирового уровня, анализ традиционных технологий и разработка концептуальных основ перспективного применения нанотехнологий и наноматериалов при изготовлении прецизионной металлопродукции
title_fullStr	Исследование мирового уровня, анализ традиционных технологий и разработка концептуальных основ перспективного применения нанотехнологий и наноматериалов при изготовлении прецизионной металлопродукции
title_full_unstemmed	Исследование мирового уровня, анализ традиционных технологий и разработка концептуальных основ перспективного применения нанотехнологий и наноматериалов при изготовлении прецизионной металлопродукции
title_sort	исследование мирового уровня, анализ традиционных технологий и разработка концептуальных основ перспективного применения нанотехнологий и наноматериалов при изготовлении прецизионной металлопродукции
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2010
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49869
citation_txt	Исследование мирового уровня, анализ традиционных технологий и разработка концептуальных основ перспективного применения нанотехнологий и наноматериалов при изготовлении прецизионной металлопродукции / Ю.Н. Стасовский, В.В. Страшна // Металл и литье Украины. — 2010. — № 3. — С. 8-14. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Металл и литье Украины
work_keys_str_mv	AT stasovskijûn issledovaniemirovogourovnâanaliztradicionnyhtehnologijirazrabotkakonceptualʹnyhosnovperspektivnogoprimeneniânanotehnologijinanomaterialovpriizgotovleniiprecizionnojmetalloprodukcii AT strašnavv issledovaniemirovogourovnâanaliztradicionnyhtehnologijirazrabotkakonceptualʹnyhosnovperspektivnogoprimeneniânanotehnologijinanomaterialovpriizgotovleniiprecizionnojmetalloprodukcii
first_indexed	2025-07-04T11:13:02Z
last_indexed	2025-07-04T11:13:02Z
_version_	1836714647461298176
fulltext	8 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 ’2010 Послання Президента України до Верховної Ради України про внутрішнє і зовнішнє становища України у 2003 р. 1. – Київ: Інформаційно-видавничий центр Держкомстату України, 2004. – 472 с. Україна у цифрах 2008: Статистичний довідник. – Київ: Консультант, 2009. – 260 c.2. Україна у цифрах 2007: Статистичний довідник. – Київ: Консультант, 2008. – 260 c.3. Україна у цифрах 2006: Статистичний довідник. – Київ: Консультант, 2007. – 250 c.4. Україна у цифрах 2005: Статистичний довідник. – Київ: Консультант, 2006, – 248 c.5. Gross domestic product 2008. World Development Indicators database, World Bank, 2009. – Р. 1-4 (http://www.worldbank.6. org/data/wdi). Gross domestic product 2007. World Development Indicators database, World Bank, 2008. – Р. 1-4 (http://www.worldbank.7. org/data/wdi). World Steel in figures 2008. Brussels: International Iron and Steel Institute (IISI), 2009. – 26 p. 8. World Steel in figures 2008, 2-nd Edition. Brussels: International Iron and Steel Institute (IISI), 2009. – 30 p. 9. Population 2008. World Development Indicators database, World Bank, 2009. – Р. 1-4 (http://www.worldbank.org/data/wdi).10. Steel Statistical Yearbook 2007, Brussels: IISI, Committee on Economic Studies, 2008. – 104 p. 11. Steel Statistical Yearbook 2008, Brussels: IISI, Committee on Economic Studies, 2009. – 124 p. 12. Сафонов В.13. Энергосберегающая металлургия // Металл. – 2005. – № 8. – С. 36-38. Демидик В. Н., Колодная Т. П. 14. Зависимость энергоемкости сталеплавильного производства от его структуры и технологии производства // Процессы литья. – 2008. – № 3. – С.14-18. УДК 621. 774. 37 Ю. Н. Стасовский, В. В. Страшна Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск Исследование мирового уровня, анализ традиционных технологий и разработка концептуальных основ перспективного применения нанотехнологий и наноматериалов при изготовлении прецизионной металлопродукции ЛИТЕРАТУРА Проведен анализ традиционных технологий производства прецизионной металлопродукции, а также нанотехнологий. Разработаны концептуальные основы перспективного применения нанотехнологий при производстве прецизионной металлопродукции. Yefimenko G., Samaraj V., Neshadim V., Cimbal M., Klimenko V., Pawlishin Т. About urgent tasks of development of black metallurgy as main base industry of economy of Ukraine. Communication 1 Summary Єфіменко Г. Г.,Самарай В. П., Нещадим В. М., Цимбал М. Й., Кліменко В. А., Павлишин Т. М. Про термінові завдання розвитку чорної металургії як головної базової галузі економіки України. Повідомлення 1 Анотація чорна металургія, технологічна структура, базові галузі, валовий внутрішній продукт, виробництво і споживання сталі, базове машинобудування, паливно-енергетичний комплекс, державне управління, технологічний розвиток black metallurgy, technological structure, base industries, gross domestic product, production and consumption of steel, base mashinostroenie, fuel and energy complex, state administra- tion, technological development Keywords Проведено аналіз стану чорної металургії України та запропоновано шляхи виходу з кризи. Ключові слова The analysis of position in black metallurgy of Ukraine is resulted and the ways of exit from a crisis are offered. Поступила 19.11.09 9МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 ’2010 Ключевые слова: прецизионная металлопродукция, нанотехнологии, наноматериалы, традиционные тех- нологии В начале XXI века в мире с целью повышения кон- курентоспособности и миниатюризации изделий протекают такие процессы, как активное приме- нение инновационных технологий в производ- ственных процессах, создание прогрессивной эколого- технологической модели производства, уменьшение цикличности производства. В соответствии с этим, и в Украине происходит дальнейшее развитие приори- тетных отраслей (электроника, авиастроение, электро- техника, приборостроение и другие), которое вызывает потребность в прецизионной металлопродукции (осо- ботонкостенные трубы, микропроволока, фольга) из широкого спектра цветных металлов и сплавов. При- чем, наряду с миниатюризацией приборов уменьшают- ся и геометрические размеры используемой металло- продукции. В ряде случаев существующие массовые технологии нуждаются в кардинальном обновлении, поскольку они уже достигли своего теоретического предела и не могут дальше развиваться в направле- нии уменьшения размеров готовой продукции [1]. Под термином «прецизионный» понимают продук- цию с повышенными требованиями к точности гео- метрических размеров, качеству поверхности, мик- роструктуре и механическим свойствам [2]. Высо- кие требования к готовой продукции выдвигают, в свою очередь, повышенные требования и к техноло- гии ее изготовления на всех стадиях производства, а также к технологическому инструменту. Поэтому не- обходимо совершенствовать на качественно новом уровне традиционные и создавать новые техноло- гии изготовления прецизионной металлопродукции. В первую очередь, необходимо создавать тех- нологические схемы изготовления продукции с ми- нимальным количеством повторений однотипных технологических операций производственного цик- ла. Тем не менее, нельзя забывать о качестве про- дукции и реальных возможностях технологическо- го инструмента. Поэтому необходимым является получение исходной заготовки с размерами, макси- мально приближенными к размерам готового изде- лия и микроструктурой, которая обеспечит в даль- нейшем необходимый уровень свойств в готовой продукции. К тому же, современное производство должно быть достаточно мобильным, то есть пере- ход с одного вида продукции на другой должен про- исходить очень быстро – это уменьшит время вы- полнения заказа и увеличит конкурентоспособность и производительность данного производства. На большинстве существующих в Украине металлур- гических предприятиях, к сожалению, это практиче- ски невозможно реализовать, поскольку техноло- гии на них являются довольно инертными. Наибо- лее перспективными промышленными объектами для воплощения новых современных подходов явля- ются современные мини-заводы, так как технологи- ческие схемы и оборудование на них более гибкие. Сегодня особое внимание уделяется выпуску пре- цизионной продукции минимального сортамента, которая используется в приоритетных областях. Это продукция, к которой выдвигаются высочайшие тре- бования как по физическим свойствам, химическому составу, микроструктуре, так и по точности геометри- ческих размеров и чистоте поверхности. Представи- телями такой продукции являются: особотонкостен- ные трубы (внешний диаметр от 20,0 до 0,1 мм; толщина стенки от 0,1 до нескольких микрометров); фольга (толщина 1,0 мкм и менее); проволока (диа- метром до нескольких микрометров) [1]. Также уделя- ется особое внимание современным производствам сварных труб большого и среднего диаметров. Весьма перспективным, с точки зрения сокра- щения цикличности и повышения экономичности производства, является получение исходной заго- товки минимального сечения беспрерывным спо- собом по методу бесслитковой прокатки с исполь- зованием литейно-прокатных комплексов, на ко- торых сегодня уже получают тонкие полосы и проволоку. Для изготовления прецизионных труб широко используется тонкостенная сварная заго- товка размерами, максимально приближенными к размерам готового изделия, которую получают из прецизионной холоднодеформированной ленты [3]. В индустриально развитых странах мира на многих современных предприятиях используют- ся агрегаты для получения ленты, проволоки и по- лой трубной заготовки непосредственно из жидко- го металла. Это, прежде всего, обеспечивает плотное строение металла, отсутствие усадочной раковины, чистоту поверхности и сокращение дефектов метал- лургического производства (раковин, газовых включе- ний, пузырей и т. п.), улучшение структурной однород- ности и получение заготовки неограниченной длины. Процессы обработки давлением, применяемые при изготовлении труб с очень тонкими стенками (0,1 мм и меньше), имеют ряд особенностей, связанных с их малой поперечной и продольной устойчивостями; сопоставлением упругих деформаций технологиче- ского инструмента с толщиной стенки труб и т. д. [1]. Общими признаками прецизионных труб явля- ются предельные отклонения по точности размеров (несколько микрометров) и очень высокие требова- ния к качеству поверхности [2]. В зависимости от размеров изготавливаемой из цветных металлов проволоки используют машины многоразового волочения со скольжением (диаметром меньше 2 мм) и без него (диаметром больше 1,4 мм). Также в последнее время очень распространены со- временные высокопроизводительные машинные линии с объединением операций беспрерывного волочения и отжига [4]. Особенно интересной является техноло- гия изготовления проволоки из драгоценных метал- лов диаметром от нескольких (10-12 мкм) до одного микрометра, которая заключается в волочении прово- локи в медной оболочке с последующим ее вытравли- ванием. Изготовление «голой» проволоки на данном этапе освоено только до диаметра 12 мкм [4, 5]. Современное производство проволоки минималь- ных размеров остается еще сложным и трудоемким 10 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 ’2010 процессом. Эта сложность обусловлена возникнове- нием значительных растягивающих напряжений во время волочения, которые могут привести к разруше- нию «тела» изделия при наличии наименьшего (ми- кро-) дефекта структуры. Поскольку известно, что де- фекты кристаллического строения, неметаллические включения, металлургические дефекты и т. п. явля- ются концентраторами напряжений, то при изготов- лении прецизионной микропроволоки необходимым условием является получение чрезвычайно чистого по химическому составу (прецизионного) материала исходной заготовки, что само по себе на данном эта- пе развития технически осуществить очень сложно. Еще одной проблемой является физическое яв- ление «схватывания» или «налипания» деформиру- емого металла на технологический инструмент. Это явление обусловлено недостаточной плотностью су- ществующих волок (фильер), изготовленных из по- ликристаллического алмаза. Также следует отметить, что современная тех- нология изготовления проволоки нуждается, в част- ности, и в усовершенствовании методов контроля. Большинство существующих технологических схем предусматривает разрушающие и визуальные ме- тоды контроля качества продукции с перенесением результатов испытаний на всю партию продукции. Тем не менее, такой контроль не является достаточ- но эффективным. Тончайшая фольга в мировой практике известна под названием «сусальное золото», ее толщина со- ставляет 0,5 мкм; толщина фольги из алюминия ко- леблется в пределах 1,5-7,0 мкм, из меди и олова – 7,0 мкм [1]. Сейчас фольгу прокатывают в рулонах на специальных фольгопрокатных станах, которые от- личаются скоростью прокатки и чистотой поверхно- сти валков, при этом делятся на черновые, промежу- точные и чистовые. Фольгу в рулонах прокатывают с одновременным передним и задним натяжениями. Натяжение при прокатке необходимо для уменьше- ния давления на валки, для выравнивания фольги при выходе из валков, чтобы она равномерно и пра- вильно сматывалась. Фольгу толщиной 0,002 мм и менее прокатывают не в рулонах, а карточным спо- собом, то есть складывают несколько слоев фольги в пачку и прокатывают ее с небольшой скоростью на двухвалковых станах [5]. Для защиты от загрязнения и окисления при нагре- ве перед горячей прокаткой заготовки из легкоокисля- емых металлов помещают в защитную оболочку из обычной низкоуглеродистой или специальной стали. Только правильное соединение и сочетание мно- гих факторов, а именно: давления на валки; темпе- ратуры валков и прокатываемого металла; скорости прокатки, вида и температуры применяемой смазки; качества шлифования и полирования поверхности валков, профиля валка; удельного натяжения фоль- ги, которое найдено путем исследования для каждо- го металла; соотношения толщины и ширины прока- тываемого изделия позволяют осуществить удовлет- ворительную прокатку фольги [1]. С уменьшением геометрических размеров метал- лопродукции в сторону миниатюризации и выдвиже- нием более жестких требований возникла ситуация практической невозможности ее изготовления с по- мощью существующих (макро-) оборудования и тех- нологий. Поэтому крайне необходимым становится создание нового прогрессивного (микро-) оборудо- вания и соответствующих прецизионных технологий. Сегодня в мире особое место занимают науко- емкие технологии для областей производства с вы- соким уровнем добавленной стоимости, к которым относятся нанотехнологии. Их основные преиму- щества состоят в том, что они требуют небольших затрат энергии, материалов, не нуждаются в значи- тельных производственных площадях. С другой сто- роны, их развитие вызывает потребность в высоком уровне подготовки ученых, инженеров и технических работников, а также особой организации труда [6].* В нанотехнологиях управляющая информация передается нанозондом персонально к каждому ато- му и молекуле «силовым методом». В этом заклю- чается принципиальное отличие нанотехнологий от традиционных, где поток управляющей информации передается исходному материалу как целому. Та- ким образом, нанотехнологии – это осуществление технических процессов на молекулярном уровне, то есть инженеры имеют дело со сверхмалыми части- цами, размерами до 1 нм. Исследователи выяснили, что вещество на атомном уровне ведет себя совсем иначе, имеет принципиально отличные свойства. За- дача нанотехнологий – найти атом с нужными свой- ствами и поставить его на правильное место. Существует два пути создания наноматериалов. Один из них – «снизу-вверх». Эти методы состо- ят в последовательном формировании нанострук- туры с заданными свойствами из атомов и молекул от наименьших объемов к большим. Существует и второй путь – «сверху-вниз» или от объемного материала к высокодисперсным (наимень- шим) частицам. Исследования в данной области нуж- даются в мощнейших микроскопах. В пределах раз- вития данного направления создаются новые сверх- мощные микроскопы. Наиболее функциональные из них разрешают получать снимки не только поверхно- сти, но и воссоздавать трехмерную картину исследуе- мого объекта [6]. Цель авторов данной работы состоит в создании концептуальных основ перспективного применения наноматериалов и нанотехнологий при изготовлении прецизионной металлопродукции. На основе прове- денного анализа можно считать, что на сегодня наи- более перспективным для изготовления современ- ной прецизионной продукции является направление получения наноматериалов с использованием мето- дов интенсивной пластической деформации. Метод интенсивной пластической деформации (ИПД), кото- рый состоит в деформировании с большими степе- нями деформации при относительно низких темпе- ратурах (ниже 0,3-3,4 Тпл) в условиях высокого при- *Как известно, наноматериалы – это материалы, имеющие опре- деленную форму микрозерна или фазовые составляющие разме- ры которых не превышают 200 нм хотя бы в одном направлении (1нм = 1∙10-9 м; Å = 1∙10-10 м). Соответственно, нанотехнологии – это технологии, которые обеспечивают получение наноматериалов 11МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 ’2010 ложенного давления, дает возможность получать объемные беспористые нанокристаллические мате- риалы (сплавы). Кроме того, нетрадиционные методы обработки металлов давлением (ОМД) позволяют де- формировать заготовку без изменения конечного се- чения и формы и достигать значительных степеней деформации, необходимых для формирования нано- и субмикрокристаллической структуры. Такая структура приводит к изменению физических и механических свойств: значительное повышение прочности при высокой пластичности, повышение износостойкости, выявление высокоскоростной и низкотемпературной сверхпластичностей и т. п. (рис. 1) [6]. Одной из разновидностей ИПД является интен- сивная пластическая деформация кручением (рис. 2). Это метод, при котором образец, который обычно имеет форму диска диаметром 10-20 мм и толщи- ной 0,3-1,0 мм, подвергается деформации кручени- ем в условиях высокого приложенного гидростатиче- ского давления. Диск размещается внутри полости, прикладывается гидростатическое давление и пла- стическая деформация достигается за счет враще- ния одного из бойков [5]. Наиболее широко применяемым на данном эта- пе методом ИПД является равноканальное угловое прессование – РКУП (рис. 3). Образец, который имеет форму прутка круглого или квадратного сечения, прессу- ется в матрице через соединенные под определенным углом каналы. Деформация сдвигом происходит, когда заготовка проходит через зону пересечения каналов. Поскольку размеры заготовки в поперечном сечении остаются неизменными, прессование может происходить многократно для повышения степени деформации. В результате применения РКУП в сочетании со старением и холодной прокаткой можно получить материал, прочностные свойства которого выше на 30-50 % аналогичных свойств материалов после тра- диционных методов обработки. При этом пластич- ность остается на достаточно высоком уровне [6]. В общем, наноматериалы и нанотехнологии с каждым годом приобретают все больший вес в мире. Тем не менее, широко применяться в промышленно- сти они пока что не могут, и это является довольно сложной проблемой. Именно поэтому основной реко- мендацией на сегодня можно назвать развитие мето- дов ИПД и порошковой металлургии – именно эти на- правления являются переходными, то есть такими, которые смогут максимально приблизить промыш- ленность к изготовлению микропродукции с повы- шенными показателями прочности или пластичности (в зависимости от требований потребителей). Применять методы ИПД можно в нескольких вари- антах. Интересным является, например, сочетание традиционных технологических схем с вышеназван- ными методами. Результатами такого объединения могут стать новые схемы получения прецизионной продукции, которая будет иметь несколько непри- вычные свойства. Одним из вариантов такого сочета- ния является применение при изготовлении титановой фольги листа из наноструктурированного материала в качестве исходной заготовки (рис. 4). Таким образом, объединение процесса изотермической ковки титано- вого листа, который после ковки имеет улучшенные показатели пластичности, с его дальнейшей прокат- кой на фольгопрокатном стане дает возможность по- лучить более качественную продукцию, которая, к то- му же, будет иметь повышенные прочностные показа- тели по сравнению с обычной металлопродукцией. Границы зерна в наноструктурированной меди Рис. 1. Схема процесса интенсивной дефор- мации кручениемРис. 2. Схема процесса равноканального углового прессованияРис. 3. 12 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 ’2010 Еще одним вариантом является применение не- посредственно методов ИПД для получения преци- зионной продукции с повышенными показателями прочности или пластичности (в зависимости от мате- риала). Такими методами можно получать проволо- ку с измельченной микроструктурой и, как следствие, повышенными прочностными показателями, а также заготовки для дисков с очень высокими показателя- ми пластичности, что значительно облегчает даль- нейшую обработку. Отдельного внимания требует дальнейшее изу- чение и последующее применение разнообразного внешнего воздействия на деформируемый (соединя- емый) металл или очаг деформации при традицион- ных технологиях изготовления прецизионной метал- лопродукции. Так, в случае изготовления сварных труб это проведение микролегирования зоны (участ- ка) сварного соединения непосредственно во время расплавления металла и сварки, которое делает ее более прочной и, как следствие, способной выдержи- вать огромные нагрузки без разрушения. Также ин- тересным для изучения с целью дальнейшего ши- рокого применения является приложение внешнего влияния непосредственно на очаг деформации. Вли- яние, например, магнитного поля также может изме- нять свойства изготавливаемой металлопродукции, а именно, повышать ее прочностные показатели, не уменьшая (или даже увеличивая) ее пластических свойств. Не все существующие виды наноматериалов воз- можно применять для изготовления прецизионной ме- таллопродукции, тем не менее, некоторые, все-таки, являются очень перспективными для дальнейшего развития. К таким наноматериалам относятся тонкие пленки, нанопорошки, разнообразные композицион- ные материалы. Рассмотрим перспективы применения вышена- званных материалов при изготовлении прецизион- ной металлопродукции. Тонкие пленки, как уже было указано, имеют ряд интересных свойств, большинство из которых очень полезны. Так, нанесение тонкого слоя железа на стальное изделие защищает последнее от коррозии. Причем, для этого не нужны дальнейшие обработки, нанесение многослойных покрытий и т. д. [7]. Другие же типы пленки, например, из углеродных нанотрубок имеют свойство многократно уменьшать смачивае- мость поверхности, которое также оказывает содей- ствие повышению коррозийной стойкости изделий при нанесении на них таких пленок и предотвращает загрязнение поверхности, позволяя ей оставаться чи- стой при любых условиях [8]. Применение нанопорошков и разнообразных ком- позиционных материалов является интересным с точки зрения использования их в качестве исходно- го материала для дальнейшего изготовления пре- цизионной продукции. Это обусловлено возможно- стью переноса свойств этих материалов на готовую металлопродукцию. Таким образом, их использо- вание дает возможность не формировать структуру в процессе обработки, то есть для получения гото- вой продукции достаточно просто получить необхо- димые размеры. Не следует также забывать о технологическом ин- струменте, поскольку даже совершенная технология, которая воплощается в жизнь на изношенном или недостаточно точном инструменте, не даст возмож- ность получить более или менее качественную про- дукцию. Поэтому целесообразным является изуче- ние возможности изготавливать инструмент из нано- структурированных материалов, который обеспечит значительно более высокие показатели прочности его и, как следствие, повышение износостойкости. Также интересным является нанесение тонких пле- нок в качестве покрытий на поверхность технологи- ческого инструмента, которое также может повысить его износостойкость. Особого внимания требует изучение вопросов эко- логичности и безопасности наноматериалов и нанотех- нологий. Ведь наноматериалы отличаются от осталь- ных чрезвычайно малых материалов (например, по- рошков) своей исключительно высокой дисперсностью частиц. Поэтому, в первую очередь, человек, который работает с наноматериалами, должен быть защищен от проникновения их внутрь организма. Кроме того, необходимой является защита и са- мих наноматериалов, как не парадоксально, от чело- века, поскольку именно от человека поступает 35 % грязи в помещение. Необходимость защиты нанома- териалов объясняется тем, что одним из ключевых элементов при их создании является чистота, нано- технологии невозможны без так называемых «чис- тых комнат» (рис. 5). Получение наноматериалов – это тот случай, ког- да миниатюрное производство нуждается в макропо- мещениях, которые буквально переполнены уникаль- ным оборудованием и аппаратурой. В «чистые ком- наты» невозможно попасть не то, что постороннему человеку – в них не попадают даже частички пыли. Основные условия – абсолютная чистота и стериль- ность. По трубам в «чистые комнаты» поступает воз- дух, который проходит четырехуровневую очистку. В результате получают идеально чистую воздушную смесь с допустимым отклонением – несколько суб- Листовой наноструктурный полуфабрикат из титанового сплава ВТ6 с размерами 1500×500×2 мм Рис. 4. 13МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 ’2010 Стасовский Ю. Н.1. О технологических особенностях производства прецизионных изделий из цветных металлов // Металл и литье Украины. – 1997. – № 8-9. – С. 38-41. Стасовский Ю. Н. 2. Прецизионные трубы // Там же. – 2008. – № 1-2. – С. 24-28. Стасовский Ю. Н.3. Научные основы ресурсосберегающих технологий производства прецизионных труб малых разме- ров применительно к условиям мини-производств с использованием тонкостенной сварной заготовки // Системные технологии. – 2008. – Т. 11. – С. 377-384. Брабец В. И.4. Проволока из тяжелых цветных металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1984. – 296 с. Малышев В. М., Румянцев Д. В. 5. Золото. – М.: Металлургия, 1979. – 288 с. Стасов6. ский Ю. Н. Нанотехнологии и наноматериалы при производстве прецизионной металлопродукции // Технополис. – 2008. – № 4. – С. 13-16. Лякишев Н. П., Алымов М. И., Добаткин С. В. // 7. Объемные наноматериалы конструкционного назначения: Тез. докл. – М.: 2002. – С. 5. Сайт Ассоциации СибА8. кадИнновация: http://www.sibai.ru/content/view/824/953/. Сайт ИПСМ РАН: 9. http://imsp.ru/q=ru/development/tech04. Сайт Золотая формула: 10. http://goldformula.ru/index.php.issue_id=26. Сайт Что могут нанотехнологии: 11. http://kbogdanov5.narod.ru/7.htm. Сайт Вести: 12. http://www.vesti.ru/doc.html?id=237143&cid=7. микронных частиц пыли в литре воздуха (для срав- нения – в обычном жилом помещении их миллионы). За час воздух полностью обновляется 400 раз. Че- рез отверстия в потолке он нагнетается в помещение и сразу же уходит в фальш-пол. Так создается ла- минарный поток, который позволяет комнате, а глав- ное, человеку, который в ней работает, сохранять буквально стерильную чистоту [9]. Все эти меропри- ятия обусловлены особенностями наноматериалов, а именно – их чрезвычайной чистотой, достичь кото- рую в обычных условиях невозможно. Выводы – Сегодня особенно остро стоит вопрос об изго- товлении прецизионной металлопродукции, особен- но миниатюрной. Потребность в такой металлопро- дукции предопределяют мировые темпы и направле- ния развития разнообразных приоритетных отраслей. Общей тенденцией развития этих отраслей является миниатюризация приборов и полуфабрикатов, кото- рые используются для их изготовления. – Анализ действующих технологий показал, что с применением традиционных технологий изготавли- вать такую продукцию очень сложно или уже невоз- можно. К тому же, эти технологии имеют значитель- ный затратный коэффициент, поэтому не являются ресурсосберегающими. Еще одной, наверное, самой главной, проблемой традиционных технологий явля- ется то, что они уже достигли теоретического преде- ла относительно изготовления миниатюрной продук- ции, поэтому уменьшать ее еще больше уже не пред- ставляется возможным. – Был проведен анализ существующих наномате- риалов и технологий для их изготовления (нанотех- нологий), на его основе разработаны рекомендации относительно возможности и перспектив их исполь- зования при изготовлении прецизионной металло- продукции. – Наиболее перспективными на сегодня являют- ся методы интенсивной пластической деформации, эффективны варианты их объединения с традицион- ными технологиями и внешнее разнообразное воз- действие на очаг деформации. Тем не менее, не сле- дует оставлять без внимания и другие направления: нанесение покрытий на металлоизделия, порошко- вая металлургия, создание технологического инстру- мента с повышенными показателями износостойко- сти, получение заготовки с заданными свойствами, которые в дальнейшем будут присущи и металлоиз- делиям из нее. – Но, прежде чем использовать наноматериалы и применять нанотехнологии необходимыми условия- ми являются исследования вопросов влияния выше указанных материалов на экологию и окружающую среду. Этот вопрос нуждается в детальном изучении, которое связано с дополнительными затратами, так как применение наноматериалов без его решения может иметь отрицательные и непредсказуемые по- следствия. Именно поэтому активное изучение вли- яния наноматериалов на экологию является приори- тетным среди ученых всего мира. «Чистая комната» в современной нано- индустрииРис. 5. ЛИТЕРАТУРА 14 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 ’2010 УДК 669.184.244.66.012.1 В. С. Богушевский, В. Ю. Сухенко, К. А. Сергеева НТУУ «Киевский политехнический институт», Киев Управление доводкой конвертерной плавки Рассмотрен прямой метод контроля параметров конвертерной плавки с помощью погружного зонда. Создана модель управления режимом доводки. Ключевые слова: конвертер, параметры плавки, погружной зонд, управляющие воздействия Поступила 04.12.09 Стасовський Ю. М., Страшна В. В. Дослідження світового рівня, аналіз традиційних технологій та розробка концептуальних основ перспективного застосування нанотехнологій та наноматеріалів при виготовленні прецизійної металопродукції Анотація прецизійна металопродукція, нанотехнології, наноматеріали, традиційні технологіїКлючові слова рrecision metal product, nanotechnologies, nonmaterial’s, traditional technologiesKeywords В ступление Конвертерный процесс – основной способ про- изводства стали. В мировом производстве доля конвертерной стали составляет приблизитель- но 60 %. При высоких скоростях продувки металла в конвертере оператор физически не успевает пе- реработать большой объем информации, выбрать наилучший режим и оперативно вмешаться в ход плавки. В результате при ручном управлении значи- тельная часть плавок требует корректировок после прекращения продувки и хотя жесткие требования по получению заданного химического состава метал- ла и температуры после повалки в последнее вре- мя уменьшились в связи с повсеместным вводом в конвертерных цехах установок внепечной обработки металла, проблема, особенно по температуре, оста- ется. Автоматизация конвертерного процесса позво- ляет существенно повысить его эффективность и ка- чество выплавляемой стали. В настоящее время почти все отечественные и зарубежные конвертерные цеха оснащаются систе- мами автоматизации. В структуре систем можно вы- делить: – прогнозирующие статические (расчет шихты, расчет рекомендаций по доводке плавки с учетом результатов промежуточных измерений в процессе продувки и после повалки конвертера, расчет рас- кислителей); – контроль выходных параметров плавки; – управление плавкой (скоростью выгорания угле- рода, температурой, шлаковым режимом и уровнем ванны). Известны статические системы управления плав- кой [1, 2]. Несмотря на некоторые различия подхо- дов к составлению моделей, реализуемых систе- мами, они на 15-20 % увеличивают точность дости- жения заданных конечных параметров процесса по сравнению с ручным управлением (в качестве крите- рия точности управления принято число плавок, сли- ваемых без коррекции). Проведено аналіз традиційних технологій виробництва прецизійної металопродукції, а також нанотехнологій. Роз- роблено концептуальні основи перспективного використання нанотехнологій під час виробництва прецизійної металопродукції. Stasovskij J., Strashna V. Research of world level, the analysis of traditional technologies and working out of conceptual bases of perspective application of nanotechnologies and nanomaterials at manufacturing of precision metal production Summary The analysis of traditional technologies of creation of precision metal product and also nanotechnologies had done. The concep- tual grounds of perspective using of nanotechnologies by creation of precision metal product had worked out.

Institution

Ähnliche Einträge