Как производится российский титан: технология настоящего

Это титановый гигант ВСМПО-АВИСМА — обязательный атрибут мирового авиапрома. Современные «Эрбасы», «Боинги», «Эмбраеры», да и отечественные «Суперджеты», в обязательном порядке несут в себе подробности, чей путь начался в городе Верхняя Салда Свердловской области.

Легкость, прочность, ударная вязкость, стойкость к большим температурам — все это перевоплотило титан в незаменимый материал для космической индустрии. Но, конечно же, не чистый титан, а его разнообразные сплавы, в которых благодаря легирующим элементам нужные особенности титана усиливаются многократно, а недочёты нейтрализуются.

Российская Федерация удачно села на «титанового конька» и собирается развивать успех. на данный момент в районе Верхней Салды создается особенная экономическая территория «Титановая равнина». Это не проект ВСМПО-АВИСМА, не смотря на то, что ведущее мира и титановое предприятие России претендует тут на статус резидента.

В «равнине» будут развиваться производства по механической обработке изделий из титановых сплавов, другими словами цель проекта — создавать в Российской Федерации как возможно больше добавленной стоимости и как возможно меньше отдавать на сторону сырья либо заготовок с низкой степенью обработки. Этим же методом идет и само Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение. Его партнер по корпорации, предприятие АВИСМА из Березников (Пермский край), занимается сырьем, а ВСМПО — металлургией.

Посильнее автобуса

Из-за чего производство титана для космической отрасли распределено во всем мире между столь немногими фирмами? По причине того, что это дорогое и сложное производство, которое должно обеспечить надёжности и высокий уровень качества. Михаил Ледер, директор научного центра ВСМПО, показывает нам презентацию, где наглядно показано, какие конкретно нагрузки испытывают разнообразные подробности из титановых сплавов.

Нагрузка на лопатку турбины эквивалентна весу переполненного английского автобуса-«даблдекера», а диск турбины всегда «останавливает» автомобиль , мчащийся со скоростью 100 км/ч. «В случае если диск либо лопатка разрушатся из-за некачественного металла, — говорит Михаил Ледер, — нетрудно себе представить, какой трагедией все закончится: куски титана с огромной скоростью прошьют самолет, как шрапнель. А стойки шасси?

Если они не выдержат нагрузки при посадке, последствия также будут печальными. Как раз исходя из этого на нас и отечественной продукции лежит высокая ответственность. Брак тут недопустим».

В Верхнюю Салду мы приехали, дабы взглянуть, как создаются титановые изделия и титановые сплавы, каковые так пользуются спросом во всем мире. ВСМПО — предприятие имеющие свою собственную историю. Оно начинается от завода алюминиевых изделий в Москве, основанного недалеко от станции Сетунь в первой половине 30-ых годов XX века.

В годы войны завод эвакуировали в Верхнюю Салду на площадку предприятия, занимавшегося производством больших металлоконструкций. В то время, когда наступила ракетно-космическая эра, тут по поручению партии и кабинеты министров занялись титаном: первый слиток, полученный во второй половине 50-ых годов XX века, до сих пор хранится в музее ВСМПО.

Верхняя Салда — моногород, большая часть его обитателей так или иначе связаны с ВСМПО, и, честно говоря, в соседстве с таким могучим и известным предприятием город имел возможность бы смотреться и получше. Объяснение нехорошим дорогам, некошеным газонам и не радующим глаз жилым зданиям — стандартное для отечественной красивой русского глубинки: все деньги уходят в центр, городу перепадает мало. Остается только сохранять надежду, что предстоящее развитие отрасли, в частности появление «Титановой равнины», даст урбанистическому росту Верхней Салды новый хороший импульс.

Тающий электрод

Титан не лежит в почве в слитках. Его выделение из руд в железном виде представляет собой сверхсложный физико-химический процесс. Последний этап — восстановление титана из тетрахлорида посредством высоких температур и магния.

Конечным продуктом данной операции делается губчатый титан — остающиеся в печи громадные пористые блоки. Эти блоки дробят, создавая шихту, с которой уже смогут трудиться мастера плавки. ВСМПО приобретает титановую шихту с «братского» предприятия в Березниках.

Дальше необходимо создать сплав, добавив в титан такие элементы, как алюминий, хром, молибден. Плавят титан в вакуумно-дуговых печах, и это значит, что для начала сыпучая шихта обязана превратиться в так называемый расходуемый электрод. Шихта, складывающаяся из небольших фрагментов различной формы, вместе с отходами титанового производства и нужными присадками формуется посредством вертикального гидравлического пресса в долгий цилиндр — он-то и станет расходным электродом.

Снаружи он выглядит достаточно рыхлым, по нему кроме того то тут, то в том месте смогут пробегать трещины, но электрод владеет достаточной прочностью, дабы не разрушиться, в то время, когда его подвесят в печи. Как нам поведали на предприятии, разработка создания расходуемого электрода только посредством пресса практикуется лишь в Российской Федерации. В других государствах используется более дорогая разработка плазменной сварки электрода из отдельных прессованных элементов, но российский способ в полной мере снабжает требуемое уровень качества электрода.

Выплавление титанового слитка в вакуумно-дуговой печи

1.Загрузка расходуемого электрода в подготовленный литейный набор (кристаллизатор с поддоном)

2. Центровка электрода на поддоне клиньями

3.Установка собранного набора на печь и приварка расходуемого электрода к переходнику

4. Плавление электрода

5. Разборка набора по окончании охлаждения слитка

В печи образуется дуга между висящим электродом и стекающим вниз расплавленным металлом. взглянуть на данный процесс во всей своей наготе запрещено, но возможно посмотреть в оптический прибор, что стоит на пульте оператора плавки. В него виден переливающийся тоненький бело-голубоватый полумесяц — это немного открытый участок поверхности жидкого титанового сплава. Продуктом плавки делается цилиндрический слиток. Что происходит со слитком?

Ему опять суждено стать электродом. В той же самой печи титан (а правильнее, сплав) переплавляется еще раз. Цель — добиться химической однородности и гомогенности металла. В принципе, говорят нам инженеры, двух раз достаточно.

Но в случае если речь заходит о металле rotor-grade, другими словами о таком, что идет на изготовление деталей газотурбинных двигателей, то его подвергают для надежности третьей плавке.

Танец «глам»

Следующий этап титанового производства — кузнечно-прессовый. Что делать со слитками? Их превращают или в биллеты, или в слябы. Billet — по-английски «бревно» либо «полено». Это кузнечная заготовка, вправду похожая на бревно либо чурбан, — она формируется из слитка посредством воздействия и нагрева гидравлического пресса.

Производство биллетов являет собой завораживающее зрелище. Между печью, где нагреваются слитки, и прессами резво передвигаются транспортеры с захватами. Тут их именуют «гламами», не смотря на то, что Glama — это бренд только одной из компаний, производящих подобные автомобили.

Водители «глам» достигли для того чтобы уровня мастерства, что, трудясь рядом, страно четко разъезжаются между собой, а движения автомобилей напоминают танец, наподобие прекрасно известного «танкового балета».

Гидравлический пресс — это не молот. Он не бьет по слитку, а давит на него силой, к примеру, 6000 т. Сплав поддается как пластилин, а с боков раскаленной до апельсиново-оранжевого цвета заготовки живописно ссыпается маленькое количество окалины. До тех пор пока пресс жмет — один раз, второй, третий, — заготовка начинает остывать, и дабы металл не потерял пластичность, «глама» опять везет его в раскаленные недра печи. Так происходит пара раз.

Готовые биллеты подхватывает мостовой кран, катающийся под потолком цеха, и складывает их на одну из площадок для остывания. Тут, в цеху, нужно быть весьма осмотрительным, в противном случае возможно нечаянно прислониться к какому-нибудь громадному куску металла, что уже прекратил светиться, но жаром от него пышет посильнее, чем из разогретой духовки.

По окончании того как биллет организован, поверхность его зачищают, механически обрабатывают на токарном станке и подвергают неразрушающему (ультразвуковому) контролю с целью обнаружения неоднородностей. Затем биллеты — уже готовая продукция, и, в случае если клиент берет на себя предстоящую обработку, он может их брать. Те же биллеты, каковые идут в предстоящее производство на ВСМПО, распиливаются ленточнопильными станками на заготовки.

Из биллетов делают прутки, кольца либо штамповки.

Тёплая будущее

Выплавленные из расходуемых электродов титановые слитки ожидают самые различные видоизменения. На кузнечном производстве их смогут перевоплотить в биллеты, слябы, другие заготовки и кольца.

Гидравлический пресс огромным давлением формует из слитка заготовку. Потому, что в ходе обработки металл остывает, транспортер увозит заготовку в печь на дополнительный подогрев, а позже возвращает на пресс.
Отформованные заготовки транспортер выкладывает на особую площадку для остывания.

Производство цельнокатаных колец из титаного сплава осуществляется на кольцераскатном стане. Кольца используются в авиационном ракетной технике и двигателестроении.

В металлическом пакете

Второй путь для слитков — превращение не в биллеты, а в слябы, другими словами заготовки для плоского проката — страниц либо плит. Плиты используются тогда, в то время, когда титановая подробность имеет не сверхсложный трехмерный профиль, несложнее не штамповать ее, а вырезать по контуру из плиты и дообработать фрезой.

Слябы кроме этого возможно применять для того чтобы изготовить. Более несложная разработка — это скатывание страницы в рулоны. Но наряду с этим происходит односторонняя деформация металла, и в странице появляется анизотропия, другими словами неравномерность особенностей в зависимости от направления.

А это нежелательный эффект, в случае если учесть, в сколь чувствительных сферах используется титан. Для избегания анизотропии употребляется разработка полистного проката, в то время, когда с прокатного стана выходят отдельные страницы и укладываются в стопку. У этого способа также имеется недочёты: страницы активнее окисляются и вбирают в себя водород.

Но на ВСМПО создали разработку так называемой пакетной прокатки: стопку титановых страниц заключают в металлический пакет и без того прокатывают. В следствии из-за отсутствия контакта с атмосферным воздухом страницы из титановых сплавов не окисляются и не насыщаются водородом.

Титановый лист используется для того чтобы способом сверхпластичной деформации, в то время, когда за один «жим» сходу создается сложный профиль. Действительно, для этого структура металла должна быть весьма мелкозернистой. Из страницы нарезают заготовки для производства сварных труб.

В некоторых же устройствах, где наличие сварного шва в трубе нежелательно (к примеру, из-за большого давления в трубе), используются цельнотянутые трубы, каковые также производятся на ВСМПО.

Нечеловеческая тяжесть

В одном из цехов ВСМПО висит серия занятных плакатов. На них изображены большие штамповки — заготовки для будущих элементов шасси огромных лайнеров. Рядом с изображением, скажем, десять машин определенной марки.

Цель — продемонстрировать сотрудникам, как дорога продукция предприятия и как велика цена неточности либо брака. Большие штампованные детали для турбовентиляторных двигателей, силовых конструкций центроплана и, само собой разумеется, шасси — самая впечатляющая часть ассортимента ВСМПО. Самая громадная из этих подробностей — балка тележки шасси от огромного лайнера А380. Немногим ей уступает подобная же подробность от Boeing 787.

Для производства громадных штамповок используются замечательные прессы, среди которых неповторимый гидравлический, массой 75 000 т. Таких автомобилей в мире лишь три — действительно, сравнительно не так давно китайцы заявили о создании 80 000-тонного пресса, так что рекорд мира, наверное, уплыл в Поднебесную. Еще в недавние времена штампы для прессов создавали по старинке: делали древесную форму, а по ней копировальный станок изготавливал железный штамп. на данный момент уже обучились обходиться без дерева.

Клиент предоставляет компьютерную модель изделия, после этого второе ПО моделирует процесс штамповки с учетом распределения температур, текучести металла и т. д., и уже на базе этих данных выдается оптимальная форма штампа, которая и воплощается в металле.

Прошедшие первичную мехобработку балки тележек для самолетных шасси. Наибольшие изделия для того чтобы типа размещаются на двухэтажном лайнере А380
Большие штамповки другого типа: это элементы крепления крыла к центроплану.

Все эти изделия тестируются на предмет соответствия заданной геометрической форме на координатно-измерительных автомобилях. Машина ощупывает штамповку особым зондом.

Очевидно, штамповка — это не готовое изделие. Дабы штамповка, к примеру балка тележки шасси, превратилась в готовую подробность, ее нужно обработать на токарном станке, совершить глубокое сверление центральной части, просверлить технические отверстия и, наконец, фрезерным станком создать окончательный профиль поверхности. Полную финишную мехобработку на ВСМПО не делают, но часть предприятия в этом ходе возрастает.

на данный момент с изделий, выходящих из стенку ВСМПО, остается снять еще приблизительно 1,5 мм металла.

Комплект фрез для станков, наносящих на изделие сложный профиль.
Глубокое сверление штамповки на особом станке.

Сравнительно не так давно в цех мехобработки были поставлены единственные на сегодня в Российской Федерации пятипортальные фрезерные станки MAG Cincinnati. С их возникновением ребристый рельеф на балку тележки шасси от новейшего Boeing 787−9 наносят уже в стенках ВСМПО.

Статья «Титан, что летит над миром» размещена в издании «Популярная механика» (№143, сентябрь 2014).

<

h4>

Производство титана. Титан один из самых прочных металлов в мире!

Статьи, которые будут Вам интересны:

• Гарнизон за полгода: как российские военные «обкатывают» новые технологии — «новости дня»

• Российскому рынку — современные, эффективные и безопасные медицинские изделия и технологии

• Российские физики разработали технологию беспроводной передачи энергии с кпд 80%

• Из-за российской трубы дании не нравятся собственные законы — «новости дня»