Актуальность
В современной промышленности, включая машиностроение, металлургию, авиацию, космическую отрасль, электронику и электротехнику, наблюдается тенденция к использованию специальных медных сплавов, обогащённых легирующими элементами. Эти добавки значительно повышают прочность, термостойкость, коррозионную устойчивость материалов, сохраняя при этом их высокую электропроводность и теплопроводность. Такие сплавы находят применение в производстве электродов для сварки, теплообменников, двигателей, радиаторов, кабелей, микроэлектронных компонентов и других критически важных деталей.
Институт "Гипроцветметобработка", обладающий более чем сорокалетним опытом исследований и разработок в данной области, разработал множество новых композиций медных сплавов, которые активно внедряются в промышленное производство. Для улучшения характеристик сплавов применяются легирующие элементы, такие как ниобий, ванадий, титан и другие. Многие из этих сплавов подвергаются специальным видам обработки, включающим термические циклы нагрева и охлаждения, что способствует повышению их механических свойств. Важно отметить, что используемые сплавы не содержат вредного бериллия, что обеспечивает их экологическую безопасность.
Направления развития
Исследовательские усилия направлены на повышение эффективности и экономичности производства медных сплавов. Несмотря на то что некоторые примеси в меди могут негативно влиять на её свойства, существуют сплавы, такие как медь, легированная хромом или цирконием, которые сохраняют свою актуальность.
Современная промышленность предъявляет повышенные требования к механическим и эксплуатационным характеристикам материалов, что ставит перед металлургами задачи поиска новых решений для улучшения свойств сплавов.
Для успешного внедрения новых сплавов в производство необходимо, чтобы они превосходили существующие аналоги по эксплуатационным параметрам, были технологически просты в изготовлении и воспроизводимы, а также экономически целесообразны. Кроме того, важно, чтобы новые материалы могли применяться в различных условиях эксплуатации.
Низколегированные медные сплавы играют важную роль в промышленности благодаря своим улучшенным характеристикам, что позволяет создавать более надёжные и долговечные изделия. Например, в ракетных двигателях применяются сплавы, обладающие высокой термостойкостью и теплопроводностью.
Текущая ситуация
В период существования Советского Союза институт "Гипроцветметобработка" внёс значительный вклад в разработку и производство медных сплавов. В 1980–1989 годах три основных завода произвели от 6 до 8 тысяч тонн этих материалов. Однако после распада СССР наблюдалось значительное сокращение производства и потребления медных сплавов. Многие предприятия начали использовать импортные материалы, что привело к дефициту отечественных сплавов.
На сегодняшний день производство низколегированных медных сплавов практически полностью восстановлено. Металлургические предприятия обеспечивают промышленность необходимыми материалами, что создаёт благоприятные условия для проведения дальнейших научных исследований и разработок.
Требования потребителей
За последние 25 лет было опубликовано более 1000 научных работ и около 800 патентов, посвящённых низколегированным медным сплавам. В Советском Союзе выпускалось более 40 различных сплавов, однако их разнообразие создавало определённые проблемы. Многие предприятия сталкиваются с дефицитом необходимых сплавов, что вынуждает их использовать медь там, где предпочтительнее применять легированные материалы. Это приводит к нерациональному использованию ресурсов и снижению качества продукции.
Большинство предприятий (около 70%) признают эффективность использования низколегированных медных сплавов. Однако только половина из них полностью обеспечена необходимыми материалами. Многие предприятия заинтересованы в увеличении потребления этих сплавов. Качество полуфабрикатов удовлетворяет лишь треть предприятий, остальные предъявляют требования к устранению выявленных недостатков. Большинство предприятий (около 80%) заинтересованы в сокращении ассортимента сплавов, одновременно выражая потребность в разработке новых материалов.
Особенности формирования свойств
Низколегированные медные сплавы отличаются высокой пластичностью, что позволяет легко обрабатывать их давлением. Это открывает возможности для прокатки, ковки, штамповки и прессования. Производство таких сплавов включает этапы плавки, литья и термической обработки. Качество полуфабрикатов зависит от химического состава, чистоты поверхности и отсутствия внутренних дефектов.
В отдельных случаях контроль качества продукции требует разрушения образцов. Например, в случае плоского проката из хромовой бронзы процент брака может достигать 7%. Дисперсионно-твердеющие сплавы, приобретающие прочность после термической обработки, представляют собой перспективное направление. Однако не всегда применяется оптимальная термическая обработка, что приводит к нерациональному использованию материалов.
Взаимосвязь между физическими, механическими и эксплуатационными свойствами сплавов позволяет снизить количество проверяемых характеристик. Это означает, что улучшение свойств материалов может быть достигнуто путём изменения их состава или режимов обработки.
Оптимизация режимов
Оптимизация режимов термической и термомеханической обработки является ключевым направлением для улучшения характеристик сплавов. Например, применение закалки и старения сваренных кристаллизаторов из хромовой бронзы позволяет значительно повысить их долговечность. В некоторых случаях улучшение механических свойств полуфабрикатов может быть достигнуто без изменения состава сплава, путём оптимизации схемы термической и механической обработки.
Развитие совмещённых методов производства термообработанных полуфабрикатов может исключить необходимость проведения операции закалки, упрощая технологический процесс. Например, совмещение закалки с горячей деформацией или литьём является перспективным для сплавов, обеспечивающих пересыщение твёрдого раствора при охлаждении на воздухе. Таким образом, несовершенство термической обработки является одной из причин широкого разнообразия низколегированных медных сплавов.
