CC BY
78
УДК 669.15.26.74
ИСТОРИЧЕСКИЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
А. С. Загвоздкин*, В. В. Самусенко Научный руководитель - Л. А. Оборин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: zagvozdkin.artyom@mail.ru
Рассмотрены основные этапы развития литейного производства и технологии сварочных процессов.
Ключевые слова: литье, сварочное производство, литейное производство.
EVOLUTIONARY STAGES OF THE DEVELOPMENT OF FOUNDRY PRODUCTION AND WELDING PROCESS TECHNOLOGY
A. S. Zagvozdkin*, V. V. Samusenko Scientific Supervisor - L. A. Oborin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: zagvozdkin.artyom@mail.ru
The main stages of development of foundry production and technology of welding processes.
Keywords: casting, welding production, foundry.
История развития литейного производства связана с развития человеческого общества. Изменение в видах используемых человеком материалов отражалось на технических решениях, принимаемых при изготовлении из этих материалов литых изделий.
В Южной Туркмении литье применялось за 5000 лет до н. э. Для литья использовалась самородная медь, но она отличалась плохой жидкотекучестью, сравнительно высокой температурой плавления, поэтому литье получило толчок к развитию, когда стали применять сплавы, имеющие лучшие литейными свойства.
Первым литейным материалом была мышьяковистая бронза. В древности бронзы представляли собой сложные сплавы на основе меди с добавками олова (5-7 %), цинка (3-5 %), сурьмы и свинца (1-3 %) с примесями мышьяка, серы, серебра (десятые доли процента). В Грузии имелись большие запасы мышьяковистых руд [1].
Со второго тысячелетия до н. э. вместо мышьяковистых бронз начали применять оловянные. Первые литейные формы изготавливались из камня мягких пород, из глинистой пасты и песчано-глинистой смеси. В качестве моделей применялись ранее изготовленные из камня изделия. Первые формы были открытыми, затем их стали накрывать сверху камнем. В третьем тысячелетии до н. э. появились стержни изготовленные из глины, двухсторонние формы, состоящие из двух или больше частей. Для отвода газов из форм стали применять глину с навозом, соломой, шерстью и другими выгорающими добавками для обеспечения газопроницаемости. Зарождение выплавки бронзы и получения из нее литых изделий (оружия, украшения, посуды и др.) в разных регионах относится к 3-7 тысячелетию до н. э. По-видимому, почти одновременно была освоена плавка самородных серебра, золота и их сплавов. На территории, где жили восточные славяне, развитое литейное ремесло появилось в первых веках н. э.
С течением времени технология литья совершенствовалась, количество литых изделий увеличивалось. В первую очередь это были изделия художественного литья (серпы, оружие,
Секция «Сварка летательньх аппаратов и родственнее технологии»
предметы роскоши и украшения). Изготавливались биметаллические отливки, появились литые монеты. Также в третьем тысячелетии до н. э. на Кавказе возникло литье по выплавляемым моделям, давшее толчок развитию художественного литья. Пустотелые отливки получали либо за счет использования стержней, либо за счет выливания незатвердевшего металла. Самая крупная отливка была получена в VIII веке н. э. в Японии - это статуя Будды массой свыше 250 тонн для храма Тодайдзи.
В Китае использовали железные руды с высоким содержанием фосфора (5-7 %), что значительно снижало температуру плавления металла и положило начало применению чугуна. В Китае чугун начал использоваться еще в VI веке до н. э., на Руси - в Х1-Х^ веках, когда проявились первые шахтные печи для плавки и восстановления железа из руд - домницы.
Большой шаг вперед в развитии бронзового литья был сделан, когда началось литье колоколов и пушек (Х^Х-^ вв.). В 1478 году в Москве была основана «Пушечная изба», в 1648 году -первый русский оружейный завод «Ствольная мельница». В 1554 году в Москве была отлита первая пушка из чугуна. Настоящими шедеврами мастерства литейщиков стали «Царь-пушка» (Андрей Чохов, 1585 г.) массой 39 т, длиной 5,34 м, «Царь-колокол» (Иван и Михаил Моторины, 1733-1735 гг.) массой 202 тонн, высотой 6,14 м, диаметром 6,6 м.
Бронзы и позже латуни на протяжении многих веков были главным материалом для изготовления художественных отливок, памятников и скульптур.
В XVIII в. на первое место по массовости и универсальности выходит новый литейный материал - чугун и чугунное литье, послужившие основой развития машинной индустрии в первой половине XIX в. К началу XX в. литейное производство цветных металлов и сплавов заключалось в получении фасонных отливок из оловянных бронз и латуней и слитков из меди, бронзы и латуней. Фасонные отливки изготовляли только литьем в песчаные формы. Слитки получали массой не более 200 кг литьем в чугунные изложницы.
Следующий этап развития литейного производства цветных металлов и сплавов начался примерно с 1910-1920 гг., когда были разработаны новые сплавы, прежде всего на основе алюминия и несколько позже на основе магния.
Одновременно началось освоение фасонного и заготовительного литья из специальных бронз и латуней - алюминиевых, кремниевых, марганцевых, никелевых, а также освоение производства слитков из никеля и его сплавов. В 1920-1930 гг. создаются цинковые сплавы для литья под давлением. В 1930-1940 гг. получает развитие фасонное литье из никелевых сплавов. Период 1950-1970 гг. был ознаменован разработкой технологии плавки и литья титана и его сплавов, урана и других радиоактивных металлов, циркония и сплавов на его основе, молибдена, вольфрама, хрома, ниобия, бериллия и редкоземельных металлов. Начиная с 1920-1930 гг. для плавки цветных металлов и сплавов широко применяют электрические печи - сопротивления, индукционные канальные и тигельные. Плавка тугоплавких металлов практически оказалась возможной только при использовании дугового разряда в вакууме и электронно-лучевого нагрева. В настоящее время идет освоение плазменной плавки, на очереди - плавка лазерным лучом [2].
В 1940-1950 гг. произошел массовый переход от литья в песчаные формы к литью в металлические формы - кокили (алюминиевые сплавы, магниевые и медные) к литью под давлением (цинковые, алюминиевые, магниевые сплавы, латуни). В эти же годы в связи с производством литых турбинных лопаток из жаропрочных никелевых сплавов возродился на новой основе древний способ литья по воску, названный точным литьем и называемый теперь литьем по выплавляемым моделям. Этот способ обеспечил получение отливок с очень небольшими припусками на механическую обработку вследствие очень точных размеров и высокой чистоты поверхности, что было необходимо в связи с крайне трудной обрабатываемостью всех жаропрочных сплавов на никелевой и кобальтовой основах.
В заготовительном литье (получение слитков для последующего деформирования с целью изготовления полуфабрикатов) в 1920-1930 гг. вместо чугунных начали широко использовать водоохлаждаемые изложницы. В 1940-1950 гг. происходит внедрение полунепрерывного и непрерывного литья слитков из алюминиевых, магниевых, медных и никелевых сплавов.
В 1930-1940 гг. произошли коренные изменения в принципах построения технологии заливки литейных форм и затвердевания отливок. Эти изменения были обусловлены как резким отличием свойств новых литейных сплавов от свойств традиционного серого чугуна и оловянной
бронзы (образование прочных оксидных плен, большая объемная усадка, меняющийся от сплава к сплаву интервал кристаллизации), так и возросшим уровнем требований к отливкам по прочности, плотности и однородности. Были разработаны конструкции новых расширяющихся литниковых систем в отличие от старых сужающихся. Другим важным достижением в технологии получения качественных отливок развитым и реализованным в период освоения фасонного литья из новых сплавов цветных металлов, является принцип направленного затвердевания отливок.
Разработка научных основ плавки сплавов цветных металлов, их кристаллизации, освоение технологии получения фасонных отливок и слитков является заслугой большой группы ученых, многие из которых были тесно связаны с высшей школой. К ним в первую очередь следует отнести А. А. Бочвара, С. М. Воронова, И. Е. Горшкова, И. Ф. Колобнева, Н. В. Окромешко, А. Г. Спасского, М. В. Шарова.
Научные разработки и производственные процессы в области литейного производства цветных металлов в нашей стране соответствуют передовым достижениям научно-технического прогресса. В Советском Союзе впервые в мире разработан и освоен процесс непрерывного литья слитков из алюминиевых сплавов в электромагнитный кристаллизатор. Этот способ существенно повышает качество слитков и позволяет снизить количество отходов в виде стружки при их обточке [3].
Таким образом, с развитием технологии литья решаются проблемы производства крупногабаритных изделий, изделий сложной пространственной формы для изготовления которых требовалось значительное количество времени, применение сварки, что влекло за собой частичный нагрев отдельных участков конструкции и вложение в основной материал напряжения уменьшающих прочность изделия, а также литье существенно сокращает время изготовления узла за счет все меньших припусков на чистовую обработку.
Библиографические ссылки
1. Братковский Е. В., Заводяный А. В. Литейное производство : курс лекций для студ. спец. 150101 «Металлургия черных металлов». Новотроицк : НФ МИСиС, 2007. 156 с.
2. Рубцов Н. Н. История литейного производства в СССР. М. : Машгиз, 1962. 287 с.
3. Губкин О. П. Из истории развития художественного литья на Урале // Литейное производство. 1994. № 1. С. 37-39.
© Загвоздкин А. С., Самусенко В. В., 2018
