ЧВГ-суперметалл?

Кто бы мог подумать, что мечта, зародившаяся в 50-х годах, станет революционным решением для автомобильной промышленности в 2005 г.? Фирма SuperCast, небольшая компания, задумавшая создание нового суперметалла CGI (чугун с вермикулярным графитом или ЧВГ), потратила многие годы на исследования, чтобы довести его до ума. Сегодня этот материал предназначен для достижения глобального успеха.
ЧУГУН, ОБЛАДАЮЩИЙ ВДВОЕ БОЛЬШЕЙ ПРОЧНОСТЬЮ по сравнению с чугуном, традиционно используемым для изготовления автомобильных двигателей, вот чего добилась фирма SinterCast, расположенная в г. Катриненхольм (Швеция).При таком скромном начале тем более оглушительным стал успех – прорыв этой инновации на рынок промышленного производства."До сих пор наиболее ценным моментом для нас был заказ от фирм Ford и PSA,ставшими первыми компаниями, использовавшими в 2003 г. ЧВГ для массового производства, – отмечает С. Уоллес, руководитель технологического отдела фирмы SinterCast. – Можно полагать, что новый суперметалл ЧВГ внесет революционные изменения в производство легковых и грузовых автомобилей. Комбинация чугуна с магнием, добавляемым к нему в строго определенных пропорциях, позволяет получить металлы, идеальные для двигателей, которые должны выдерживать очень большие давления, например, дизелей. Их головки и блоки цилиндров изготавливаются теперь из ЧВГ".Потребность в ЧВГ возникла еще в 50-х годах, но технологии, необходимые для его производства, были разработаны значительно позже. Основные исследования проводились с 1983 г., когда была основана фирма SinterCast, и вплоть до 1991 г. "Мы затратили много времени на исследования затвердевания чугуна. Вначале мы сконцентрировались на базовых исследованиях с тем, чтобы быть абсолютно уверенными в том, что в чугун было добавлено нужное количество магния для управления созданием ЧВГ. В настоящее время при серийном производстве мы следим обычно, чтобы количество магния на тонну чугуна не превышало 20 г",– объясняет С. Уоллес. Для продолжения своих работ фирма SinterCast нуждалась в финансовых средствах и с этой целью была зарегистрирована на Стокгольмской фондовой бирже. Инновационные работы продолжались. Важное открытие было сделано в 1997-1988 гг., когда фирма SinterCast усовершенствовала свою технологию, заменив керамическую воронку u1089 стальным устройством для сбора образцов. Процесс сопровождался анализом расплавленного чугуна перед добавлением в него точного количества магния и модификатора. "Разработка режущих инструментов для обработки ЧВГ была, разумеется, вызовом, поскольку этот материал обладает очень высокой прочностью. Мы знали, что пока не выйдем с приемлемым решением, новый материал не может быть использован для промышленного применения",– отметил Уоллес.
В СЕРЕДИНЕ 90-Х ГОДОВ фирма SinterCast присоединилась к совместному проекту, в котором участвовало большое число фирм и предназначенному для дальнейшего продвижения знаний о ЧВГ и создания четких стандартов для инструментов, используемых при его обработке. Очевидные преимущества этого материала создали немедленный спрос на него, за которым через несколько лет последовал коммерческий прорыв, когда фирмы Ford и PSA Peugeot Citroen объединили усилия в создании 6-цилиндрового V-образного дизельного двигателя объемом 2,7 л и использовали в нем ЧВГ. В настоящее время двигатели с применением ЧВГ фирмы SinterCast установлены на 12 различных марках автомобилей и использованы в 6 автомобильных брендах. "Мы уже знали, что наш чугун работает. Это было просто подтверждение, – говорит Уоллес.– Для нас было важно, чтобы кто-то стал первым и начал использовать ЧВГ в массовом производстве. Тем самым мы смогли бы показать, что наш процесс работает и в крупносерийном производстве двигателей". Он говорит, что вся компании, а в ней занято 11 человек, преимущественно квалифицированных инженеров, знала, чтоуспех совсем близок. "Автомобилестроители поняли, насколько важен используемый материал. Всегда говорилось о консервативности автомобилестроителей, но в то же время все игроки на этом рынке заинтересованы в новых технологиях. У нас создалось впечатление, что в настоящее время большинство крупных автомобильных компаний проявляет интерес к ЧВГ". Постоянный рост требований к охране окружающей среды в Европе и в других странах делает интерес к ЧВГ еще более сильным. Дизельные двигатели, в которых используется ЧВГ, могут работать при более высоких давлениях сгорания, что,в свою очередь, уменьшает выбросы в атмосферу. Уоллес проявляет оптимизм относительно будущего компании. "Я считаю, что дизельный двигатель займет большую часть автомобильного рынка США, – говорит он. – Стоимость бензина растет, а требования к окружающей среде повышаются". Однако потребность в ЧВГ не ограничивается только роизводством легковых и грузовых автомобилей. Она проявляется в любой отрасли промышленности, где ценятся малая масса и большая прочность материала. Фирма General Electric производит в настоящее время двигатель для поездов, отвечающий последним требованиям к защите окружающей среды. Головки цилиндров у него изготовлены из ЧВГ. К другим областям, в которых ЧВГ постепенно завоевывает признание, относятся изготовление поршневых колец для судов и компонентов для силовых генераторов. Уоллес добавляет, что возможности производства небольших двигателей с ипользованием ЧВГ становятся более реальными по мере увеличения сложности конструкции грузовых и легковых автомобилей. Причина проста – меньший двигатель оставляет больше пространства для более сложной конструкции. И все-таки главнейшей причиной нынешнего интереса к применению ЧВГ является характерное для многих стран постоянное ужесточение требований к охране окружающей среды. Что бы произошло, если бы ЧВГ не вышел на рынок как раз тогда, когда начали расти ребования к чистоте выделений? "Основная задача при разработке двигателя состоит в том, чтобы обеспечивать его большую мощность. Именно это и делает ЧВГ", – убежденно говорит Уоллес.
ОТЛИЧИЯ МАТЕРИАЛА Новый CGI (чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ) во многих отношениях является промежуточным материалом между ковким и серым чугуном. Графит внутри микроструктуры чугуна сформирован в виде трехмерных вермикулярных частиц, придающих структуре графита для ЧВГ кораллоподобный вид, очевидный при рассматривании в сканирующем электронном микроскопе. Морфология графита в ЧВГ, связанная со скругленными кромками и неравномерными поверхностями частиц вермикулярного графита, обеспечивает хорошие адгезионные свойства между графитом и чугунной матрицей. Такая форма графита препятствует возникновению и распространению трещин и является источником как повышенных механических свойств по сравнению с серым чугуном, так и повышенной теплопроводности по сравнению с ковким чугуном. В результате ЧВГ имеет вдвое большую прочность, чем алюминий. По сравнению с серым чугуном у ЧВГ на 75 % более высокий предел прочности на разрыв и на 45 % более высокая жесткость. Хотя это делает материал более труднообрабатываемым, в настоящее время разработаны способы его эффективной механической обработки. При повышенных температурах усталостная прочность ЧВГ до пяти раз выше, чем у алюминия. По сравнению с ковким чугуном ЧВГ обеспечивает превосходные литейные свойства, теплопроводность и обрабатываемость. Все эти свойства ЧВГ способствуют получению эффективных решений для сложных деталей, подвергаемых повышенным механическим и/или тепловым нагрузкам, что открыло путь для применения отливок из ЧВГ в автомобильной промышленности. В частности, растет его применение в блоках цилиндров дизельных двигателей и головках блоков, где при повышающихся рабочих давлениях, когда требуется более чистые выделения, ЧВГ представляет собой также материал, для которого характерен низкий шум, благоприятствующий его применению в автомобильной промышленности. Это способствует разработке более легких и прочных компонентов, снижающих, например, вес автомобиля.
ЧВГ БЫЛО ТРУДНО получать в крупных промышленных объемах до тех пор, пока фирма SinterCast не разработала надежный процесс, при котором можно отслеживать образование частиц вермикулярного графита. Совсем не просто структурировать частицы графита, но именно количество этих частиц в чугунной матрице определяет все характеристики этого материала. Количество магния, вводимого в ЧВГ, играет ключевую роль в том, будет ли получен графит в виде хлопьевидных образований, характерных для серого чугуна, или в виде шаровидных выделений, характерных для ковкого чугуна. ЧВГ – промежуточный материал между этими двумя типами чугунов. Важноизбежать образования хлопьевидного графита, хотя некоторое количество шаровидного допускается. Производство ЧВГ начинается на базе специального литейного чугуна, подлежащего соответствующей обработке. Количество первоначально введенного магния, остающегося после этой обработки, должно быть в определенных, строго устанавливаемых пределах, или это изменит вторичную обработку. В онлайновом режиме проводится точный анализ поведения магния при затвердевании чугуна, а обработанный посредством модификаторов базовый чугун определяют с помощью термического анализа. Дело в том, что образование характерной для ЧВГ структуры графита происходит в относительно узких пределах кривой нагрева при дополнительной обработке. Фирма SinterCast разработала специальную воронку для сбора образцов и термопару, с помощью которых можно измерять характеристики охлаждения образца массой200 г. Это обеспечивает ускоренное измерение, используемое для активной коррекции и изменения режимов процесса литья. С помощью системы контроля процесса определяется необходимое количество магния и/или модификатора, которое автоматически добавляется в чугун.Кооперация между фирмами Sandvik Coromant и SinterCast возникла в середине 90-х годов с целью выяснения обрабатываемости ЧВГ и оптимизации режущих инструментов и материалов. Важность оптимизации режущих инструментов и режимов резания ЧВГ так же важна, как и стоимость изготовления компонента в автомобильной промышленности.

Михаил Болотин пересел на комбайн

Газета "КоммерсантЪ" № 135(3711) от 01.08.2007

Владелец ОАО "Агромашхолдинг" и концерна "Тракторные заводы" Михаил Болотин уволил гендиректора управляющей компании своих предприятий Семена Млодика и сам занял его место. Отставка, по неофициальной информации, связана с падением продаж сельхозтехники "Агромашхолдинга". Михаил Болотин потерял одного из ключевых топ-менеджеров, а снижение продаж, по мнению экспертов, связано, в первую очередь, с падением рынка сельскохозяйственных машин в целом.

Как рассказал Ъ Михаил Болотин, вчера он освободил Семена Млодика от должности гендиректора ООО "Компания корпоративного управления 'Концерн "Тракторные заводы"'" (управляет предприятиями "Тракторных заводов" и "Агромашхолдинга") и назначил на его место самого себя. Семен Млодик, по словам господина Болотина, "покинул компанию, чтобы заняться собственными проектами", однако остался совладельцем "Тракторных заводов". Размер пакета Семена Млодика в компании Михаил Болотин не уточнил, отметив, что переговоров о его выкупе "пока не было". Как утверждают источники Ъ в "Тракторных заводах", доля Семена Млодика в компании меньше блокирующей.

По словам Михаила Болотина, "никаких претензий к господину Млодику как к управленцу" у него нет, а смена гендиректора управляющей компании связана с подготовкой "Тракторных заводов" и "Агромашхолдинга" к IPO. "Я хотел бы лично заниматься реструктуризацией и подготовкой активов компаний к размещению",-- пояснил господин Болотин. Как уже сообщал Ъ, IPO "Тракторных заводов" и "Агромашхолдинга" запланировано на 2009 год, накануне размещения все предприятия "Тракторных заводов" и "Агромашхолдинга" будут переведены на баланс голландской KTZ BV. Инвесторам предложат 10-15% акций объединенной компании, которую сам Болотин оценивает в $3,5 млрд.

Семен Млодик вчера отказался комментировать Ъ причины своей отставки, пояснив лишь, что "это было решение крупнейшего акционера". Он добавил, что сейчас у него нет собственных проектов, которыми он мог бы заняться, а предложения о новой работе ему не поступали. Своим трудоустройством господин Млодик займется не раньше осени. Будет ли он продавать пакет в "Тракторных заводах", господин Млодик говорить отказался.

ОАО "Агромашхолдинг" -- второй по величине производитель комбайнов в России. Контролирует ОАО "Красноярский завод комбайнов", ОАО "Волгоградский тракторный завод", ОАО "Липецкий трактор", ОАО "Владимирский моторно-тракторный завод", ОАО "Алтайский моторный завод". На 100% принадлежит структурам Михаила Болотина.

Концерн "Тракторные заводы" -- крупнейший в России производитель тракторов и промышленной техники. Объединяет ОАО "Промтрактор", ОАО "Онежский тракторный завод", ОАО "Курганмашзавод", ОАО "Краслесмаш" и датского производителя лесной техники Silvatec. Принадлежит структурам Михаила Болотина более чем на 60%. Консолидированная выручка "Агромашхолдинга" и "Тракторных заводов" в 2006 году -- $1,1 млрд, чистая прибыль -- $57 млн.

По словам источника Ъ в "Тракторных заводах", Михаил Болотин уволил Семена Млодика, поскольку "был недоволен проводимой им стратегией". Собеседник Ъ отмечает, что Семен Млодик был ориентирован на развитие производства промышленной и военной техники и уделял недостаточно внимания выпуску сельскохозяйственных машин. По данным отраслевой ассоциации "Союзагромаш", продажи "Красноярского комбайнового завода" (выпускает комбайны "Енисей") упали в 2006 году на 25% -- до $61 млн, тогда как продажи "Промтрактора" (выпускает промышленные тракторы) выросли на 30,4% -- до $200 млн.

Уволив Семена Млодика, Михаил Болотин лишился одного из ключевых менеджеров, говорят эксперты. "Семен Млодик занимался всем: от развития производства до выстраивания сбытовой сети 'Тракторных заводов'",-- отмечает гендиректор "Союзагромаша" Евгений Корчевой. А аналитик компании "Брокеркредитсервис" Севастьян Козицын считает, что ставка господина Млодика на рынок промышленной и военной техники была отчасти оправдана, поскольку рынок сельхозтехники в России падает. Так, по данным "Союзагромаша", выпуск комбайнов в России в 2006 году упал на 5,2%. Впрочем, Севастьян Козицын не думает, что приход Михаила Болотина к оперативному управлению "Агромашхолдингом" и "Тракторными заводами" вызовет резкий негативную реакцию у потенциальных инвесторов, "поскольку рынок в целом относится к господину Болотину с доверием".

Все о том же...

В дополнение к постам о литейном производстве привожу выдержку из журнала "Литейное производство" № 6/2007 г., смысл которой очень сильно совпадает с моим мнением.
"Для огромного числа предприятий машиностроения и выделенных литейных заводов обновление основного технологического оборудования, как составной части полной модернизации литейного производства стран СНГ, происходит с большими трудностям и чаще остается "на бумаге", поэтому особый интерес представляет опыт наиболее успешных и бесспорных лидеров в освоении совеременных технологий и оборудования. Отечественное литейное производство должно стать конкурентным мировому по качеству и рентабельности, в противном случае оно исчезнет, хотя "виртуально" как бы все еще существует в виде морально устаревших шумных встряхивающих машин, катастрофических условий и огромного объема ручного труда в условиях повышенной запыленности и задымленности литейного цеха, десятикратного отставания по выпуску (в тоннах отливок) на одного работника и 1 квадратного метра занятых площадей и т.д. Медленная модернизация многих литейных заводов вызывает крайние опасения за выполнение законов экономической безопасности страны."
Да.... Что тут скажешь... Но все будет хорошо- надо просто к этому стремиться.

Литейное производство у нас и в Германии- часть 2

Как и было мною обещано- продолжаю свое повествование о некотором сравнении литейного производства "у нас" и в Германии.
Теперь про них- про немцев :) При посещении "небольшого" литейного завода недалеко от Дюссельдорфа накопилось много эмоций, которые пришло время облечь в некоторое подобие краткого описания технологии.
Так же, как и "у нас", после завалки шихты происходит ее расплавление с доводкой до вида полупродукта с температурой расплава 1450-1550 градусов цельсия.
Далее происходит выпуск жидкого чугуна из печи в разливочный ковш. У Вас, вероятно, возникнет вопрос- "А где же лигатура? Почему ее не положили на дно ковша и не завалили сверху покровным материалом перед выпуском жидкого чугуна из печи?" Терпение, господа, все узнаете немного позже. Ковш с рапславом доставляется на стенд обработки жидкого чугуна порошковой проволокой. "Что за стенд? Зачем он нужен?"- зададитесь Вы справедливыми вопросами. Рассказываю. Порошковая проволока (ПП)- это различного состава модификатор фракции 0-3 мм, облаченный в металлическую оболочку- "трубку" с толщиной стенки 0,35-0,45 мм (а могут быть и другие толщины). Для присадки порошковой проволоки в расплав в составе стенда присутствует специальное подающее устройство- "трайб-аппарат", который, при помощи системы тянущих роликов вводит ПП в жидкий металл. Количество вводимой ПП расчитывается в метрах, исходя из содержания необходимых элементов в погонном метре проволоки, массы наполнителя в одном погонном метре и задается либо на задатчике шкафа управления, либо вводится в компьютер, установленный на рабочем месте оператора стенда.
Все же, оставим подробности и вернемся к описанию процесса. После постановки на стенд ковш накрывается герметичной крышкой, оборудованной системой газоудаления, и, при помощи уже упоминаемого мною трайб-аппарата, порошковая проволока вводится в жидкий чугун.
После окончания обработки ПП и снятия крышки, ковш с расплавом доставляется на участком заливки жидкого чугуна в литейные формы. Все- в этом вся суть применяемой технологии. И никаких выплесков металла, искр, свечения, дыма и т.д., а также между обработками ПП проходит не более 10 минут. На вопрос "Приемлема ли для Вашего завода эта технология", главный инженер ответил- "Я с большим трудом представляю, как бы мы работали без нее."
Посудите сами- имея два ковша емкостями 1 тн, данную технологию обработки ПП и штат в количестве 100 человек, предприятие "по году" выпускает 80 тысяч тонн литья!!! А это уже уровень такого литейного предприятия России, как "Промтрактор-Промлит" (г. Чебоксары, Чувашия) с штатом около 7 тысяч человек.
Применение порошковой проволоки, по сравнению с используемыми в настоящее время на литейных предприятиях РФ методами внепечной обработки жидкого чугуна, позволяет достичь следующих преимуществ:

1. Стабилизации процесса получения ЧШГ.
2. Увеличения степени усвоения основного модифицирующего элемента.
3. Уменьшения пироэффекта.
4. Улучшения экологических условий.
5. Уменьшения себестоимости единицы продукции.
   

"Неужели "у нас" все так плохо"- спросите Вы. Нет- определенные продвижения к уровню иностранных технологий в литейном производстве в РФ делаются. Но вот, что именно и где- не скажу :)) Так как имею отношению к этим процессам :))
Вот, в принципе, вкратце существующая на данное время ситуация "у нас" и на Западе, в частности, в Германии. В дальнейшем буду освещать некоторые вопросы в этой сфере и буду рад услышать Ваши мнения об этой проблеме.

Литейное производство у нас и в Германии- часть 1

"Все познается в сравнении"... Эта, казалось бы философская фраза, удивительно точно передает ощущения, оставшиеся у Вашего покорного слуги после посещения цикла международных выставок, прошедших в Дюссельдорфе с 11 по 17 июня 2007 год, а также посещения одного из литейных производств Германии.
Стоит сказать, что наиболее перспективным для изучения и дальнейшего использования на данный момент материалом в литейном производстве является чугун с шаровидным графитом (ЧШГ)- его механические, физико-химические и эксплуатационные свойства позволяют заменять им некоторые виды стальных отливок с уменьшением себестоимости изделия без ухудшения (а часто, и с улучшением) качества.
Для начала- как у нас обстоят дела в рядовом цехе литейного производства, при изготовлении изделий из чугуна с шаровидным графитом? Процесс завалки шихты опустим как практически неотличимый во всех странах.
После завалки шихты в печь начинается процесс ее расплавления и доведения до жидкого полупродукта с температурой расплава 1450-1550 градусов цельсия.
Параллельно процессу плавки, на дно разливочного ковша засыпают модифицирующие и десульфурирующие компоненты- так называемые "лигатуры", содержащие в себе в качестве ведущего компонента магний (Mg) или кремний (Si). "Зачем?"- спросите Вы? Все дело в том, что, в настоящее время, как правило, в качестве шихты при производстве ЧШГ используют отходы чугуна- лом, бой, чугунные ТНП, остатки твердого доменного чугуна и т.д., которые содержат большое количество серы и, а углерод в них находится в пластинчатом виде- такой чугун называют "чугун с пластинчатым графитом (ЧПГ)". Так вот, для снижения концентрации серы и сфероидизации графита и используют лигатуры.
Так как, магний и кремний являются доволно легкими элементами, при заливке сверху в ковш расплава, начинают активно взаимодействовать с жидким чугуном и активно всплывать из донной части ковша наверх (что приводит к повышенному расходу модификатора), то после завалки лигатуры в ковш сверху слоя модификатора засыпается покровным слоем- это может быть чугунный или стальной лом, бой, плиты и т.д. Также, для исключения процесса завалки покровного слоя применяют никель-магниевые и никель-кремниевые лигатуры, которые содержат тяжелый металл- никель, не позволяющий преждевремнно всплывать магнию и кремнию при модифицировании. и обеспечивает более полное их взаимодействие с чугуном.
Однако, оставим такие подробности, и вернемся к описанию процесса. Расплавленный чугун выливают из печи в разливочный ковш, где, как я уже ранее говорил, в донной части футеровки находятся модифицирующие лигатуры (с покровным слоем, или без него- не суть важно). Как только первые порции расплава попадают на лигатуру- начинается ...
Дым, искры, яркое свечение- это плоды реакции магния и кремния с жидким чугуном. Этот процесс идет настолько бурно, что когда ковш заполняется всем объемом жидкого чугуна, то часто большинство пространства цеха напоминает Лондон утром- настолько плохая видимость из-за дыма.
После определенной выдержки- для полного протекания процесса десульфурации и модифицирования, ковш с обработанным расплавом доставляется на участок заливки жидкого чугуна в литейные формы.
Вот, вкратце, весь процесс производства чугуна с шаровидным графитом в "наших" цехах. Чтобы не утомлять дорогого читателя и дать время для осмысления вышеизложенного материала- ситуацию в литейном производстве Германии и свои умозаключения я изложу во второй части своего опуса.

Начало всех начал

Здравствуйте.
В этом блоге я буду раскрывать информацию (несекретную) об инновационных технологиях в металлургии вообще и о порошковой проволоке в частности.