Алюминий Петра Великого. В петербургском Политехе получен металл с уникальной структурой - Поиск - новости науки и техники
Поиск - новости науки и техники

Алюминий Петра Великого. В петербургском Политехе получен металл с уникальной структурой

В науке так бывает: идут рутинные исследования, но кто-то чего-то недоглядел, нарушил, скажем, температурный режим. Чего-то важного не досыпал или пересыпал, и вместо искомого вещества на свет появляется нечто неожиданное, но, оказывается, весьма полезное. Так случилось в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого: эксперимент задумали с определенной целью, достигли ее и как будто в подарок получили еще и нежданную новинку.
Об алюминии с измененными свойствами рассказывает один из его авторов – руководитель Центра промышленной робототехники «Kawasaki-Политех», заведующий лабораторией легких материалов и конструкций, кандидат технических наук Олег ПАНЧЕНКО:

– Наш случай, пожалуй, круче других. Мы ставили цель увеличить производительности установки для 3D-печати. И, к слову сказать, достигли ее: эффективность удвоили. А стандартная алюминиевая проволока в эксперименте была лишь исходным материалом. Известно, что ускорение процесса печати самым непосредственным образом влияет на быстроту кристаллизации металла и, соответственно, на его механические свойства. Обычно они меняются несильно – на 1-5%. Скажем, во время растяжения образец рвется при удлинении на 12±5%. Однако на этот раз из-за особенной структуры металла длина алюминиевого образца удивительным образом выросла на 41%. Разорвать его оказалось куда сложнее. Это был новый алюминий, полученный новым способом. Сразу отмечу, что приоритет нашего университета признан мировым сообществом, о чем свидетельствует недавняя публикация в одном из самых уважаемых научных журналов нашей отрасли – Materials&Design. Откликов на публикацию пока нет, поскольку она только что вышла и мало кто успел ее прочесть.
– Как лучше использовать достоинства вашего алюминия?
– Начинать, думаю, надо с проектирования нового изделия. При определении толщины несущих элементов конструкции проектировщикам важны механические свойства. Увеличение пластичности более чем в три раза означает, что едва ли не все детали конструкции можно сделать тоньше. При том что ее несущая способность не изменится, конструкция останется такой же прочной. Одно достоинство влечет за собой другое: теперь за счет уменьшения толщин не представляет опасности уменьшение веса всего изделия. Сократится количество электроэнергии и топлива, необходимых для движения поездов и автомобилей, самолетов и судов, сделанных из нашего алюминия. Экономия – колоссальная!
Известно, например, что корпуса железнодорожных составов («Сапсанов» и «Ласточек») делают из алюминия. Алюминиевых деталей все больше становится в автомобилях. Скажем, Toyota, выпускающая свои машины в Петербурге, капот и крышку багажника в некоторых своих марках изготавливает из этого легкого металла. Есть в автомобилестроении такое понятие, как поглощение энергии во время удара. Алюминиевые детали кузовов при столкновении будут поглощать больше энергии, и машина таким образом станет более безопасной. Без преувеличения, наш алюминий, что бы из него ни выпускали, принимает удар на себя. Он найдет широкое применение также в судостроении, аэрокосмической промышленности, приборостроении, например, при изготовлении корпусов моторных лодок и яхт, ребер жесткости, несущих элементов фюзеляжей и множества различных деталей.
– Важный вопрос: сколько стоит ваш алюминий?
– У него есть особенность. Наш металл нельзя производить, как это принято в металлургии, листами, то есть массово. Ведь его, напомню, выпускают методом 3D-печати – с помощью электродугового выращивания изделий. Самый производительный, отмечу, способ в технологии металлической 3D-печати, а потому наиболее дешевый. Учтите, есть конструкции, которые невозможно получить иначе. Например, полые внутри или со специальными каналами и ребрами – они и позволяют уменьшить вес. И потому находят все новые сферы применения в самых различных отраслях, даже в промышленной вентиляции. (Однажды мы напечатали для цементного завода полый внутри вентилятор.)
Поэтому, думаю, нет смысла сравнивать стоимость получения металла традиционными способами и с помощью 3D-печати. Да, есть случаи, когда она конкурирует с фрезеровкой. 3D-печать выгодна, когда вес полученного изделия и вес изначальной заготовки составляют 1 к 5 и более (при соотношении 1 к 3 или 1 к 4 3D-печать невыгодна). Проще говоря, если деталь сложная, то лучше использовать этот метод (на снимке).
– Достоинства очевидные. И все же есть у вас уверенность, что производственники примут ваш металл на ура?
– Уверен, что метод 3D-печати будут осваивать и дальше как чрезвычайно эффективный и перспективный. Хотя он неидеален и не вытеснит традиционные, давно существующие. И все же, учитывая практику внедрения отечественных новинок, думаю, быстро не получится. Причина в консервативности, затягивании, скажем так, освоения нормативных документов. У меня на этот счет есть некоторый опыт. Мне пришлось участвовать в разработке новых ГОСТов, и я знаю, каких трудов это стоит, сколько времени нужно потратить, чтобы обновить действующие стандарты. Достаточно сказать, что с начала 70-х годов прошлого века некоторые отрасли промышленности работают по нормативным документам, которые до сих пор не пересматриваются и, следовательно, не совершенствуются. Для сравнения: международные стандарты подлежат пересмотру строго раз в пять лет. У нас такой практики нет, и это отрицательно сказывается на эффективности производства, тормозит технический прогресс. И нет у меня уверенности, что экономный и эффективный метод получения алюминия с особыми пластическими свойствами промышленность быстро освоит. А необходимость в нем, безусловно, есть. Говорю это не потому, что мы его разработали, а с позиции здравого смысла.
– Эта «болезнь», наверное, лечится?
– Конечно, но нужно постараться и власть употребить, я так думаю.
– Можно вашим методом получать другие материалы?
– Да. Мы знаем теперь, как работает механизм разрушения, который привел нас к успеху. Так почему бы не применить наши наработки к другим металлам – титану, например, магнию, различным сплавам – и тем самым значительно повысить их пластичность. Открывается еще и такая возможность: между пластичностью металла и его усталостными свойствами, когда он больше не в состоянии выдерживать динамические нагрузки, есть определенная связь. Известно, чем металл пластичнее, тем дольше сопротивляется усталости. Открывается перспектива продолжения наших исследований. Будем искать способы повышения усталостной прочности металла.

Юрий ДРИЗЕ

Нет комментариев

Загрузка...
Новости СМИ2