Применение явления структурной наследственности в производстве литых изделий

Размещено на http://www.Allbest.ru/

30

Самарский государственный технический университет

Применение явления структурной наследственности в производстве литых изделий

В.И. Никитин, К.В. Никитин

Аннотация

Приведен краткий анализ состояния литейного производства в России и промышленности Самарского региона. Показана перспектива применения инновационных литейных технологий, созданных на основе явления структурной наследственности (ЯСН) в сплавах. Показано применение новых технологий в различных отраслях промышленности.

Ключевые слова: литейное производство, инновационные технологии, явление структурной наследственности.

V.I. Nikitin, K.V. Nikitin. The application of phenomena of structural heredity in the production of cast products

Brief analysis of foundry production in Russia and industry of the Samara region was performed. Shows the application of innovative casting technologies, based on the phenomena of structural heredity (PhSH) in alloys. Presents examples of the application of new technologies in various industry sectors.

Keywords: foundry, innovative technologies, the phenomenon of structural heredity.

Исторически литейное производство играло и играет важную роль в мировом сообществе. Литье позволило нам построить оборудование, создать инфраструктуру, производить автомобили, поезда и самолеты. Литые заготовки всегда были и будут основным ингредиентом для создания разных машин и лучшей жизни. Литье остается базовой отраслью, необходимой для производства любых машин. Современное общество не может развиваться быстрыми темпами без изобретательности литейщиков и новых литейных технологий. Развитие машиностроения, как ведущей отрасли в мире, во многом зависит от состояния (наука, кадры, технологии, оборудование) литейного производства, как ее основной заготовительной базы (рисунок). Однако, в настоящее время литейное производство в России, как и в целом машиностроение, находится в тяжелом кризисе [2]. Россия все еще движется по «сырьевому» сценарию, а инновации даже в крупных корпорациях до сих пор не приносят заметных результатов. Наиболее перспективными отраслями, потребляющими литейную продукцию, являются, прежде всего, автомобиле-, авиа- и ракетостроение. Рынок услуг и продукции этих отраслей является одним из крупнейших в мире и постоянно растет [3].

Проблемы и возможные пути модернизации литейного производства в Самарской области подробно рассмотрены в работе [4].

Рис. 1. Взаимосвязь машиностроения с отраслями, производящими и перерабатывающими металлы [1]

Активные действия общественности и специалистов в области машиностроения, в т.ч. и членов Самарского отделения Российской ассоциации литейщиков, способствовали формированию государственной программы по развитию машиностроения Самарской области на период 2014-2020 гг. С целью координации действий по развитию литейного производства при НТС Минпромтех Самарской области в апреле 2013 г. организована секция «Инновационные технологии литейно-металлургических производств». Тематика секции включает широкий спектр вопросов - технологический аудит, подготовка и переподготовка кадров, выполнение НИР и НИОКР.

В настоящее время в мировой науке и обществе активно обсуждаются вопросы по развитию технологических укладов (работы Н.Д. Кондратьева, Е.Н. Каблова). Например, большинство развитых стран находятся в 5-м технологическом укладе и осуществляют переход к технологиям 6-го уклада (нано-, био-, инфо- и когнитивные технологии) [5]. По мнению автора этой статьи, литейное производство присутствует в системообразующих технологиях только 4-го уклада. В обществе широко обсуждаются новые возможности нанотехнологий, однако конкретных примеров их применения в литье пока крайне мало. Отмечается [5], что перспективным направлением может быть интеграция литейного производства с биотехнологиями.

Анализ современных направлений и достижений в области литейных технологий показывает, что особое место занимает направление по развитию теории и практики явления структурной наследственности (ЯСН) в металлах и сплавах [6]. Данное явление активно развивается в СамГТУ и характеризуется совокупностью закономерностей, объясняющих механизмы закладки, передачи и проявления химико-структурной информации в системе «Шихта - Расплав - Литое изделие - Деталь».

Отличительной чертой ЯСН является системный подход к его рассмотрению. Под этим понимается сохранение всеобщего свойства кристалличности структуры металлов и генетической формы ее существования. В более широком смысле речь идет о генезисе металлических материалов в системе промышленного производства [6]. Такой подход к литейным технологиям позволяет разумно, осознанно и комплексно учитывать генетическое влияние взаимосвязанных процессов, происходящих в сложной системе перехода материалов от руд до литых деталей (далее - до машин и рециклирования отходов).

Применимо к литейным технологиям ЯСН можно трактовать природным свойством металлов, обеспечивающим материальную взаимосвязь в системе «Твердое-Жидкое-Твердое». Ключевым положением является одна из закономерностей ЯСН: унаследованные дисперсные частицы и кластеры в расплаве (элементы структуры расплава - ЭСР) являются генами структурной информации шихтового материала [6]. Размеры ЭСР (10-100 нм) позволяют иначе подходить к разработке литейных технологий и создавать нанотехнологии и наноматериалы (лигатуры, модификаторы, припои).

Исследования по проблеме наследственности проводятся на черных и цветных сплавах в разных научных школах многих стран (Россия, Китай, Украина, Беларусь, Казахстан, Таджикистан). Однако, наибольшие успехи на примере алюминиевых сплавов достигнуты Самарской школой литейщиков [6, 7]. К настоящему времени сформулированы основные закономерности ЯСН и систематизирована терминология, отражающая научную и практическую составляющие данного явления (структурная наследственность, ген, генная инженерия, технологии генной инженерии в сплавах и др.).

Применение только отдельных элементов (этапов) технологий генной инженерии (ТГИ) в разных сплавах позволяет достигать ощутимых технико-экономических результатов (таблица). Из многочисленных практических и научно-исследовательских работ литейщиков СамГТУ в области алюминиевых сплавов за период 2010-2013 гг. можно выделить следующие.

инновационный алюминиевый литейный структурный шихтовый

Таблица

Технико-экономические достижения от внедрения ТГИ в сплавах

1. Выполнен технологический аудит производства алюминиевого литья МтП ОАО «АВТОВАЗ». Разработаны рекомендации по повышению качества алюминиевого литья за счет улучшения структуры шихтовых металлов и корректировки параметров обработки расплавов. Разработана концепция подъема литейных технологий и производства отливок автомобильного назначения на период 2013-2020 гг. [9].

2. Разработана и запатентована технология получения лигатур для сплавов конструкционного и функционального назначения; организовано малотоннажное производство лигатур, припоев и термоиндикаторных сплавов.

3. Разработаны основы технологий рециклинга и эффективного применения дисперсных металлических отходов (стружка, фольга, банки для напитков).

4. Показано, что ЯСН находит применение в технологии армирования и модифицирования алюминиевых сплавов наноразмерными частицами карбидов титана и кремния.

Таким образом, применение ТГИ позволяет решать многие острые проблемы литейно-металлургических производств: снижение брака в 2-3 раза, повышение выхода годного литья, снижение себестоимости литья и др. При этом резервы ТГИ еще далеко не раскрыты. В настоящее время в СамГТУ продолжаются приоритетные исследования в области ЯСН и ТГИ.

Список литературы

1. Никитин, В.И. Проблемы и реальные действия по ускорению технико-экономического подъема литейной промышленности / В.И. Никитин // Науч.-техн. интернет конф. с междун. участием «Высокие технологии в машиностроении». - Самара: СамГТУ, 2006. - С.361-370.

2. Дибров, И.А. Состояние и перспективные направления литейного производства России / И.А. Дибров // X съезда литейщиков России [Материалы]. - Казань. - С.11-25.

3. Никитин, В.И. О взаимодействии науки с литейным производством Самарской области / В.И. Никитин // 5-е Всеросс. науч.-техн. совещ. «Взаимодействие науки и литейно-металлургического производства» [Материалы] [Электронное издание]. - Самара: СамГТУ, 2013. - С.5-16.

Никитин, В.И. Проблемы и пути модернизации литейного производства в самарской области / В.И. Никитин // Труды XI съезда литейщиков России. - Екатеринбург, 2013. - С.20-28.

5. Вольнов, И.Н. Литейное производство в шестом технологическом укладе / И.Н. Вольнов // Литейщик России. - 2012. - №10. - С.46-48.

6. Никитин, В.И. Наследственность в литых сплавах / В.И. Никитин, К.В. Никитин. - М.: Машиностроение-1, 2005. - 476 с.

7. Никитин, В.И. Развитие и применение явления структурной наследственности в алюминиевых сплавах / В.И. Никитин, К.В. Никитин //Журнал Сибирского федерального ун-та. Техника и технологии №4 (2014. №7). - С.424-429.

8. Никитин, К.В. Повышение эффективности производства литых изделий из алюминиевых сплавов функционального и конструкционного назначений на основе управления структурой и свойствами шихтовых металлов: автореф. дис. …докт. техн. наук / Никитин Константин Владимирович. - Самара, 2013. - 37 с.

9. Никитин, В.И. О концепции развития производства автомобильных отливок из Al-сплавов / В.И. Никитин, А.К. Тихонов, К.В. Никитин // Литейное производство. - 2012. - №8. - С.2-8.

Размещено на Allbest.ru