В классификации существующих методов металлообработки способ Степанова А.В. (развивается в ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН) относится к группе специальных способов литья и по выражению Г.Ф.Баландина представляет собой "...литьё намораживанием в наиболее чистом виде." На практике этот процесс выглядит как выращивание профилированных изделий непосредственно из расплава,
без каких- либо дополнительных технологических переделов. С одной
стороны имеется расплавленный металл, с формообразователем-фильерой на
его поверхности, а с другой- непрерывно растущий профиль (готовое
изделие), с заданным поперечным сечением.
Степень сложности
поперечного сечения изделий может быть довольно высокой и
разнообразной. На фотографиях представлены образцы наиболее интересных
профилей, разработанных в разные годы для решения конкретных
технических задач. Толщина стенок изделий от 1 до 5 мм. Максимальный
габаритный размер поперечного сечения и длина профиля ограничены только
возможностями используемого оборудования. На имеющемся лабораторном
оборудовании возможно получение изделий с поперечником до 600 мм и
длиной до 4 м. Скорость вытягивания, в общем случае, обратно
пропорциональна толщине стенки профиля и может составлять от 2 до 6
м/час.
Условия формирования поперечного сечения отливки предопределяют уникальные возможности способа Степанова не только в качестве методики для исследования процесса кристаллизации, но и в качестве основы для создания промышленной технологии непрерывного литья профилированных изделий из алюминиевых и магниевых сплавов.
Способ
мало чувствителен к литейным свойствам сплава и позволяет вести процесс
на классических литейных, на деформируемых и вторичных сплавах (с
содержанием Fe до 3%). В связи с этим, способ может оказаться особенно
полезным для разработчиков новых сплавов. Высокие эксплуатационные
характеристики новых сплавов, как правило, конфликтуют с их литейными
свойствами, что заметно усложняет получение из них отливок с малой
толщиной и большой протяженностью традиционными способами литья.
Способ позволяет выращивать не только однородные металлические, но и биметаллические изделия,
изделия с неметаллическими наполнителями, как в виде частиц с высокой
дисперсностью, так и в виде непрерывных волокон. Это означает, что
внутри полученного профиля могут быть спрятаны изделия (трубки,
стержни, ленты, проволоки) из более тугоплавкого материала, например
нержавеющей стали.
Направленная
кристаллизация и отсутствие контакта твердо-жидкой зоны отливки со
стенками формообразователя обеспечивают высокую плотность металла в
полученных изделиях и высокую герметичность профилей трубчатого типа. Это позволяет с успехом использовать такие изделия в качестве тепловых труб и радиаторов для теплообменной аппаратуры.
Способ
Степанова нельзя рассматривать в качестве метода металлообработки,
способного заменить собою такие известные методы, как прокатка и
экструзия. Каждая из этих технологий имеет свои достоинства и
недостатки.
К недостаткам способа
Степанова, в сравнении с прокаткой и экструзией, можно отнести более
низкие значения характеристик: производительности процесса, качества
поверхности, стабильности "геометрии" профилей (в осевом и поперечном
направлении), прочности (sв)- для
деформируемых сплавов. (Прочность изделий, выращенных из деформируемых
термо-упрочняемых сплавов, может быть увеличена за счет соответствующей
термической обработки.)
К достоинствам способа
Степанова, в сравнении с прокаткой и экструзией, можно отнести:
существенно меньшие затраты на основное оборудование и технологическую
оснастку (что заметно ускоряет переход "на новый профиль"), меньшие
площади под оборудование (одна установка занимает примерно 3 м2),
более широкий диапазон составов используемых сплавов (от Al-Si
эвтектики, до В-95 высокопрочного деформируемого сплава), существенно
большую сложность поперечного сечения выращиваемых профилей,
возможность армирования профиля непрерывными волокнами либо дискретными
частицами из более тугоплавкого материала. А более высокая пластичность
изделий позволяет использовать их в качестве заготовок для последующей
деформационной обработки.
Разнообразие областей
применения профилированных изделий, полученных способом Степанова, во
многом, определяется количеством специалистов в других областях
деятельности (металлургия, синтез сплавов, теплотехника, конструирование, дизайн), знакомых с возможностями этого метода и способных использовать его достоинства для решения своих задач.
Более подробную информацию можно найти
в книге автора этого способа: А.В.Степанов "Будущее металлообработки".
Лениздат 1963 г. 132 с.
Другим важным направлением развития и
применения способа Степанова является выращивание профилированных
монокристаллов различных веществ, среди которых следует особо выделить
лейкосапфир. Профилированные кристаллы лейкосапфира
обладают комплексом уникальных свойств (оптическая прозрачность,
высокая температура плавления, большая прочность и твердость),
благодаря которым находят широкое применение в различных областях науки
и техники
|