Технология получения провода чем-то напоминает известную сказку Андерсена про портных, которые “шили” новый костюм для короля. Размеры продукции кишиневских мастеров можно определить лишь с помощью оптики. Всего из 1 грамма металла вытягивается микропровод длиной до 1 километра.
Все основное производство заключается в индукционной печи. То, что делают эти машины, поистине фантастично — они вытягивают из горячего стекла полую трубочку тоньше человеческого волоса и “вливают” в нее расплавленный металл. Получается провод-паутинка, который широко применяется для производства малогабаритных сверхточных приборов.
В 1980 году в литейном цехе Кишиневского объединения началось внедрение электронной автоматизированной системы управления всем технологическим процессом. Компьютер, управляющий специальными установками для литья, определяет оптимальные режимы работы и постоянно контролирует качество выпускаемой продукции. Это дает возможность каждому оператору обслуживать две установки, а также значительно повысить качество микропровода.
В лаборатории проволоки калиброванного металла Магнитогорского научно-исследовательского института метизной промышленности изготовили тончайшую железную проволоку, тоньше человеческого волоса. Железный “волосок” диаметром 40 микрон обладает высокими электрофизическими свойствами и широко используется в различных узлах и элементах электронной аппаратуры.
Переход на массовое производство микроминиатюрных приборов, превосходящих по своим качествам обычные, ежегодно сберегает тысячи тонн цветных металлов и трансформаторной стали, экономит многие миллионы рублей.
Миниатюрный прокатный стан высотой ниже человеческого роста с мощностью электродвигателей всего 55 кВт и площадью в 25 квадратных метров создан в Киеве. Стан-лилипут прокатывает в листовой материал холодные порошки железа, нержавеющей стали, вольфрама или смесь порошков.
Полученная из порошков широкая прессованная лента проходит операцию спекания в печи, после чего становится гибкой и упругой. Толщина ее может быть с лезвие безопасной бритвы. Таким способом из порошков получают материал с мельчайшими порами. Если через него профильтровать загрязненное масло или горючее для самолетов, то они становится совершенно чистыми.
На этом же стане можно получать биметаллический провод — алюминиевый со стальной сердцевиной, а также плотные медные, никелевые, магнитно-мягкие ленты, проволоку, прокатанные из порошков различных сплавов: все это прекрасные материалы для штамповки деталей различных приборов автоматической и телевизионной, радио- и электротехнической аппаратуры.
Сотрудники ВНИИметмаша и ЦНИИчермета создали прокатный стан, который свободно умещается в… чемодане. Диаметр отдельных его валков всего 1,5 миллиметра и из них выходит лента почти в 50 раз тоньше человеческого волоса. Стан-малютку создали в лаборатории электроники АН БССР. Вместе с двигателем его масса составила менее 5 килограммов. Используют такой стан для получения тончайших ленточек из тугоплавких металлов. Проволока, прокатываемая валками микростана, в 10 раз тоньше человеческого волоса, а получаемые ленточки — в 50 раз тоньше. Работа на агрегате ведется с помощью микроскопа, имеющего стократное увеличение. Для станов-малюток выпускает валки новый цех Старокраматорского машиностроительного завода им. Орджоникидзе. Одни из них — толщиной с карандаш, другие — того меньше. Эти детали устанавливают на прокатных станах, выпускающих тончайшую ленту для бритвенных лезвий, часовых пружин, изделий точной механики. Цех удовлетворит потребности всех малых прокатных станов в стране, его проектная мощность 1500 валков в год.
Возникает вопрос: почему для сверхтонкого проката требуется так много валков? Например, для изготовления проката из особо твердых сталей на Ленинградском сталепрокатном заводе создали 20-валковый стан. Оказывается, чем тоньше становится лента проката, тем сильнее сопротивляется металл натиску валков, тем больше действующие на них нагрузки.
Но особенно трудно прокатать тончайшую стальную ленту. Здесь обжатие металла часто идет на пределе возможного, когда уже искажается кристаллическая решетка и сближаются атомы вещества. В действие вступают огромные межатомные силы — ни одни валки не в состоянии выдержать их яростный отпор. Чтобы обойти это препятствие, прокатчики стали “подпирать”рабочие валки другими — опорными. А потом и их “вторым эшелоном” опорных валков. Так и появились многовалковые станы-пирамиды.
Микрометаллургия проникла и в область плавки металлов созданы лабораторные установки для получения редких металлов, масса плавки не превышает десятков граммов. Однако уже и сейчас, не вскрывая вакуум-камеру, производят множество плавок.
В микрометаллургических исследованиях возможно использование минимальных количеств веществ — от 30 до 340 граммов. Такая миниатюризация исследований резко повышает экономичность и производительность лабораторных работ: продолжительность опытной плавки снижается на 5–10 минут, стоимость оборудования, расход сырья, эксплуатационные расходы намного ниже обычных. Состав металла контролируется легко и с большой точностью, обеспечивается полнота наблюдений и надежность получаемой информации. Использование малых количеств материалов позволяет обойтись без больших запасов металла и складских помещений.
Разрабатываются новые методы микрометалловедения, которые, по мнению члена-корреспондента АН СССР Е.М.Савицкого, в ряде случаев вытесняют трудоемкие, требующие много металла и больших объемов экспериментальной работы прежние методы.
Микрометаллургия обещает дать большую экономию дорогих материалов и высокое качество продукции.
Магнитная технология
Традиционные методы формообразования в период научно-технической революции дополняются новейшими способами, основанными на использовании высоких давлений, энергии ультразвука, взрыва, мгновенно создаваемого магнитного поля. Возрастает роль науки в получении и улучшении свойств новых материалов. По мнению академика Н.Г. Басова, на создание новых материалов сильное влияние окажет физика. Направленное изменение физических свойств металлов достигается благодаря воздействию низких и высоких температур, вакуума и высокого давления, электромагнитных полей, плазмы и различных излучений.
В лаборатории радиационных химических исследований Института физической химии АН СССР обнаружили необычное влияние электрического тока на металлы. Оказывается, при определенных условиях в сильном электрическом поле пластичность даже сверхтвердых металлов (титан, вольфрам, нержавеющая сталь) увеличивается в два раза. Это явление получило название электропластического эффекта. Деформация в металле распространяется своеобразными волнами, потрясающими кристаллическую решетку материала. Чем быстрее эти волны, тем пластичнее металл. Ученые из лаборатории радиационных химических исследований выяснили, что электрический ток ускоряет движение таких волн. Оказалось, что элекрическое поле воздействует на электронный газ (свободные электроны, находящиеся в кристаллической решетке металла). Газ под действием электрического поля начинает двигаться и “подталкивает” волны. В результате они перемещаются в металле намного быстрее, увеличивая его пластичность.
Электрическое и магнитное поля не только подгоняют электронный газ, но и давят на металл с довольно большой силой. От этого металл делается еще более пластичным. По принципу электропластического эффекта созданы первые прокатные и волочильные станы. Здесь металл перед прокаткой не нагревают, как обычно, а обрабатывают электрическим током огромной плотности: 100 тысяч А/см2. Новые станы уже работают на ряде предприятий нашей страны, их производительность в несколько раз выше обычных.
Из года в год растет производство различных литых деталей. Хотя процесс успешно механизируется и автоматизируется, он не свободен от недостатков: потеря металла, не всегда высокое качество продукции, вредное тепловое излучение. Можно ли от них избавиться?
