Металл широкого применения - НКП ЦРЦ
поиск
 
Металл широкого применения

Металл широкого применения

Как известно, цинк используется, главным образом для производства оцинкованной стали. Защита от коррозии - главное, однако, отнюдь не единственное предназначение цинка. Свойства цинка позволяют широко использовать его в качестве легирующего элемента при производстве алюминиевых, медных сплавов. Большая же часть цинка используется при производстве латуни и литейных сплавов на его основе. Оксид цинка широко применяется в химической и фармацевтической промышленности.

Производство латуни

Общая мировая потребность в цинке для изготовления латуни составляет в настоящее время около 2,1 млн т. При этом в производстве используется 1 млн т первичного цинка, 600 тыс. т цинка, полученного из отходов собственного производства, и 5 млн т вторичного сырья. Таким образом, более 50% цинка, используемого в производстве латуни, получают из отходов. Технические латуни содержат обычно до 48-50% цинка. В зависимости от содержания цинка различают a -латуни и a +b -латуни. Однофазные a -латуни (до 35% цинка) хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях. В свою очередь двухфазные a +b "-латуни (до 47-50% цинка) малопластичны в холодном состоянии. Их обычно подвергают горячей обработке давлением при температурах, соответствующих области b - или a +b -фаз. По сравнению с a -латунью двухфазные латуни обладают большей прочностью и износостойкостью при меньшей пластичности. Двойные латуни нередко легируют алюминием, железом, магнием, свинцом или другими элементами. Такие латуни называют специальными или многокомпонентными. Легирующие элементы (кроме свинца) увеличивают прочность (твердость), но уменьшают пластичность латуни. Содержание в латуни свинца ( до 4%) облегчает обработку резанием и улучшает антифрикционные свойства. Алюминий, цинк, кремний и никель увеличивают коррозионную стойкость латуни. Добавление в латунь железа, никеля и магния повышают прочность.

Ниже в таблице приведены механические свойства и назначение некоторых специальных латуней.

Типичные механические свойства и назначение некоторых специальных латуней

Латунь

s в , Мпа

d , %

s в , Мпа

d , %

Назначение

(свойства после отжига при 600° С)

свойства после наклепа
(степень деформации 50%)

Деформируемые латуни

ЛАЖ60-1-1

450

45

750

8

Трубы, прутки

ЛЖМц59-1-1

450

50

700

10

Полосы, прутки трубы, проволока

ЛС59-1

400

45

650

16

Листы, лента, прутки, трубы, проволока

Литейные латуни

 

Литьев землю

Литье в кокиль

 

ЛК80-3Л

250

10

300

15

Арматура, детали приборов,

ЛАЖМц66-3-2

600

7

6550

7

Тяжело нагруж. крепеж, червячные винты

ЛКС80-3-3

250

7

300

15

Подшипники, втулки, вкладыши

ЛМцЖ52-4-1

-

-

500

15

Арматура, ответственные детали, подшипники


Деформируемые латуни ЛАЖ60-1-1 и ЛЖМц59-1-1 обладают высокими коррозионными свойствами в атмосферных условиях, пресной и морской воде. Из них изготовляют детали для судостроения. Более высокой устойчивостью к морской воде обладают латуни, легированные оловом, например ЛО70-1 и ЛО62-1, получившие название «морской латуни». Латунь ЛС59 (автоматная латунь) поставляют в прутках. Она предназначена для изделий, изготовляемых резанием на станках-автоматах (часовая промышленность).

Латуни, предназначенные для фасонного литья, содержат большое количество специальных присадок, улучшающих их литейные свойства. Эти латуни отличаются повышенной прочностью и лучшей коррозионной стойкостью.

На первый взгляд, стоимость стальных изделий ниже стоимости аналогичных изделий из латуни. Однако, если принять во внимание стоимость механической обработки, износ режущего инструмента, отсутствие искрения при работе, производительность труда и, в ряде случаев, срок эксплуатации изделия, экономический эффект от использования латуни может достигать 65%. Заметим, также, что при работе с латунью существенно снижаются расходы на эмульсию. Таким образом, латунь является современным материалом, нашедшим широкое применение в промышленности благодаря своей коррозионной стойкости, сочетающейся с относительно высокой прочностью и пластичностью.

Неудивительно, что все вышеперечисленные свойства латуни способствуют стабильному росту ее потребления в мировой промышленности. Российский рынок не является исключением: латунь используется как для изготовления дверных ручек, так и для производства сложнейших теплообменников для энергетики. Соответственно с увеличением производства латуни растет и потребность в цинке для ее получения: ориентировочно общий спрос на цинк к 2005 году возрастет на 30-35%. Тем не менее, рост производства латуни в России невозможен без решения ряда проблем, главная из которых - модернизация производства. На действующих предприятиях выход годного по латунному прокату составляет в среднем 55-70%. На заводах по обработке цветных металлов не хватает современного оборудования: станов прецизионной обработки латунных лент для автомобильных радиаторов, печей для безокислительного отжига латуни, линий отделки и упаковки готовой продукции - латунных прутков и труб. Следует также отметить, что практически ни один российский завод, производящий прутки, не имеет оборудования, позволяющего достигать высокой точности при изготовлении полированных прутков. И это при том, что в мире давно уже используются прогрессивные технологии производства высококачественных прутков и их отделки на линиях типа «Шумаг». Такие линии, как правило, включают в себя калибровочное волочение, правку, резку, полировку и неразрущающий контроль. К сожалению, отечественное машиностроение не в состоянии воспроизвести подобное оборудование. Еще один важный вопрос, стоящий перед отечественными производителями латуни, - это решение проблемы отжига. На российских заводах отжиг латунных полуфабрикатов производится в печах устаревших конструкций. Такие печи не имеют защитной атмосферы, в результате чего поверхность латуни подвергается окислению и теряет цинк. В то же время мировой опыт показывает, что для решения данной проблемы можно использовать печи типа «Эбнер», которые обеспечивают так называемый светлый отжиг, то есть отсутствие окисления и обесцинкования поверхности. В России же таким оборудованием располагает только Кировский завод ОЦМ. Впрочем, все эти проблемы вполне могут быть решены. По мнению ведущего специалиста ГИПРОЦМО Г. Кручера, для этого можно предложить следующие меры:

  1. Реконструировать на Кировском заводе производство горячекатаной полосовой заготовки из латуни, путем установки агрегата непрерывного литья полосы через графитовый кристаллизатор с последующей фрезеровкой в линии и сверткой в рулоны массой до 5 т. Такая полоса будет иметь значительно большую равномерность толщины, чем полоса, прокатываемая из слитка массой 1-1,5 т на стане горячей прокатки. Такой агрегат спроектирован в институте «Цветметобработка».

  2. Модернизировать станы холодной прокатки латуни путем оснащения их гидравлическими системами установки валков и современными автоматизированными системами регулировки толщины и поперечного профиля прокатываемых лент. Внедрение в производство латунных лент с высокой точностью по толщине обеспечит более стабильную работу линий по производству трубок для радиаторов с меньшим числом остановок и переналадок, то есть повысить их производительность на 10-15%.

  3. Оснастить прокатные и прессово-волочильные цеха печами «светлого» отжига латуни, например типа «Эбнер». Это оборудование позволит устранить операции травления в кислотных растворах, нейтрализовать сброс кислых сточных вод в водоемы, а также улучшить качество поверхности проката.

  4. Организовать производство латунных прутков с полированной поверхностью и снятыми фасками, позволяющее достичь высокой точности размеров, что будет способствовать более стабильной работе поточных линий обработки резанием прутков.

    Цинковое литье под давлением
Сплавы на основе цинка включают в себя: сплавы для литья под давлением; сплавы для обычного литья; сплавы для получения листов (типографские сплавы); антифрикционные сплавы.

Наиболее многочисленная и важная группа цинковых сплавов - это сплавы для литья под давлением.

За последние 5 лет ежегодный мировой прирост потребления продукции цинкового литья под давлением составил 5,6%, что превысило показатель предыдущих 20 лет более чем в 5 раз.

Внутрироссийский рынок не является исключением и имеет хорошие перспективы развития, что связано, прежде всего, с расширением областей применения и номенклатуры изделий, полученных методом цинкового литья под давлением, использованием литейных машин с горячей камерой прессования и применением перспективных литейных цинковых сплавов с высоким содержанием алюминия (8-27%), вовлечением в промышленный оборот амортизационного лома цинковых изделий и внедрением вторичных цинковых сплавов.

По сравнению с другими материалами цинковые сплавы обладают следующими преимуществами:

  • низкой стоимостью отливок;

  • возможностью получения широкого диапазона механических свойств;

  • высокой жидкотекучестью и низкой пористостью, что особенно важно для получения тонкостенных отливок.

К общим достоинствам цинковых сплавов можно отнести снижение энергетических затрат при плавлении на 25-50% по сравнению с А1-сплавами и на 40-75% по сравнению с бронзовыми сплавами. Кроме того, низкая температура разливки обеспечивает относительно небольшие термические удары при заполнении форм металлом и незначительное газообразование. Это позволяет снизить стоимость пресс-форм на 50-90%. Сплавы из цинка легко поддаются механообработке, а отливки из них обладают настолько хорошей поверхностью, что часто не нуждаются в механической обработке. Другое преимущество цинковых сплавов - высокая коррозионная стойкость, позволяющая использовать детали без дополнительного покрытия. В то же время после нанесения декоративных покрытий (оксидирование, хромирование, плакировка и окраска) коррозионная стойкость цинковых сплавов становится еще выше. При этом они обладают высокой тепло- и электропроводностью и хорошо сочетаются с другими материалами.

Цинковые сплавы традиционно играют важную роль в производстве декоративных элементов для архитектуры и интерьера. Однако в последние годы они стали все чаще использоваться и для изготовления различных конструкционных элементов.

В автомобилестроении основными изделиями, изготавливаемыми из цинковых сплавов, являются дверные ручки, корпуса стеклоочистителей и зеркал, детали отделки салона и кузова, кронштейны, детали масляного насоса, замки ремней безопасности и др.

Существуют два пути увеличения эффективности литья под давлением. Это, во-первых, конструирование отливок, позволяющих уменьшить массу детали и ее стоимость, во-вторых, замена деталей из стали, меди и других материалов на отливки, полученные методом ЛПД цинковых сплавов. Наибольшее распространение в промышленности на Западе получили сплавы ZAMAK-3 и ZAMAK-5. Примером успешного использования ZAMAK-3 может служить корпус клапана в воздушных тормозных системах грузовиков. Ранее эта деталь изготавливалась из А1-сплава. Переход на ЦЛПД позволил получить прецизионную деталь, минимизировав механическую обработку. Сплав ZAMAK-12 впервые применили в США вместо А1-сплавов для изготовления деталей масляных фильтров и рычага переключения передач. Этот сплав, обладая высокой прочностью, способностью к смазыванию, возможностью получения точных заготовок, превосходит бронзу по несущей способности, износостойкости и другим характеристикам трения.

Таким образом, цинковые сплавы ЛПД, обладая уникальным сочетанием эксплуатационных и технологических свойств (особенно ZAMAK-8, 12, 27), занимают промежуточное положение между А1-сплавами и чугунами. При этом усовершенствование технологии получения высококачественных отливок дает право говорить о повышении конкурентоспособности цинковых сплавов по отношению к другим конструкционным материалам.

Потребность автозаводов (ВАЗ, ГАЗ, АЗЛК и др.) в цинковом сплаве ЦАМ4-1о полностью не удовлетворяется, поэтому приходится использовать цинковый сплав ЦАМ4-1, который в процессе гальванической обработки не обеспечивает стабильности нанесения блестящего трехслойного антикоррозионного и декоративного покрытия медь-никель-хром из-за более высокого содержания примесей (свинца, олова). Некоторые заводы, например ГАЗ, вынуждены сами производить сплав ЦАМ4-1о, закупая по импорту необходимые материалы.

Что касается заводов вторичной цветной металлургии, то они не в состоянии удовлетворить потребность машиностроительных отраслей в сплаве ЦАМ4-1о из-за отсутствия в России в необходимом объеме первичного цинка повышенной чистоты - ЦВ, ЦВО. В принципе, обеспечить промышленный выпуск высокосортного цинка в России возможно. Для этого необходимо, во-первых, завершить реконструкцию электролизного производства на Челябинском электролитном цинковом заводе, а во-вторых, внедрить в производство механизированные и автоматизированные комплексы для очистки цинковых растворов.

Если говорить о повышении конкурентоспособности российских цинковых сплавов в целом, то здесь можно обозначить следующие направления:

Расширение использования цинковых сплавов с высоким содержанием алюминия – ЦАМ8-1, ЦАМ8-1о, ЦАМ30-5 - взамен сплавов ЦАМ4-1, ЦАМ-4-1о, ЦАМ10-5, ЦАМ9-1, что позволит улучшить эксплуатационные характеристики автомобильных деталей (прежде всего, речь идет о твердости, прочности и износостойкости). Предполагается, что высокоалюминиевые цинковые сплавы типа ЦАМ8-1 и ЦАМ8-1о будут внедрены Димитровградском автоагрегатном заводе (ДААЗ), на Мценском заводе алюминиевого литья (МЗАЛ), Санкт-Петербургском карбюраторном заводе (АО «Пекар») и ряде других предприятий. Производство антифрикционного цинкового сплава ЦАМ30-5 уже внедрено на Орском заводе тракторных прицепов, Ишимском машиностроительном заводе, Кустанайском дизельном заводе для литья отдельных деталей двигателя.

Увеличение выпуска тонкостенного цинкового литья с одновременным повышением его эксплуатационных характеристик. При этом особенно важно активно использовать такие преимущества цинковых сплавов, как более высокая производительность литья, износостойкость, прочность, твердость, легкость утилизации отходов.

Более широкое внедрение вторичного цинкового сплава ЦАМ5-1в для литья под давлением промышленных изделий неответственного назначения и товаров народного потребления. В результате удастся ввести в материальный оборот ранее неиспользуемый амортизационный лом цинковых деталей и изделий. Судя по всему предприятиями, где будет внедрен этот сплав, станут: Калужский завод электрооборудования, Московский завод автотракторного оборудования, Вязниковский завод осветительной аппаратуры. Все это в сочетании с такими достоинствами цинкового литья под давлением, как низкая стоимость изделий, широкий интервал механических свойств, малоотходность и энергоемкость технологий, легкость нанесения покрытий, хорошая коррозионная стойкость, высокая электро- и теплопроводность, износостойкость позволит расширить области применения цинкового литья под давлением.

Пока же можно лишь с сожалением констатировать, что в отечественном автомобилестроении не проводится сколько-нибудь серьезная работа по переходу на тонкостенное литье и расширение номенклатуры изделий. Главная причина – физический износ (до 80%, машин для литья под давлением. Тем не менее уже в 2001 году в литейных цехах ДААЗ, АО «Пекар» и ГАЗа планируется заменить устаревшие литейные машины на импортное оборудование ряда итальянских, немецких, американских и японских фирм. Новые машины оснащены системами ЭВМ, которые позволяют программировать и контролировать практически все параметры литья.

Химическая промышленность

Оксид цинка используют для производства шин, резинотехнической продукции, красящих пигментов, керамической глазури, копировальной бумаги. За 20 лет рост потребления цинка в этих отраслях составил 0,4% в год, а начиная с 1995 года - 4,5%. Ожидается, что ближайшие год-два спрос на цинк со стороны лакокрасочной промышленности сохранится на современном уровне. Некоторое увеличение потребления в этом секторе будет связано в основном с развитием строительного комплекса и соответствующим увеличением (на 20-25%) спроса на строительные материалы и конструкции с защитными покрытиями.

Расширится производство антикоррозионных покрытий, основанных на использовании цинковых порошков в грунтах и красках. Антикоррозионные покрытия металлических изделий и конструкций цинкнаполненными грунтами и красками применяются в автомобильной, судостроительной, нефтяной, строительной и других отраслях промышленности. Преимуществом цинкнаполненных грунтов и красок перед другими средствами защиты от коррозии является простота нанесения их на изделия любых габаритов, а также лучшие защитные свойства.

И наконец, оцинкованная продукция имеет высокую степень переработки, долгий срок службы (иногда более 100 лет ), не требуя ремонта и/или замены. Поэтому наши потомки будут пополнять свои запасы цинка, перерабатывая изделия, произведенные сегодня.

 

 

Автор : Полькин В.И.

 

Опубликована : 00.00.0000

Просмотров : 18233

© НКП «Центр по развитию Цинка», 2000-2010. Все права защищены.
Тел: +7 (495) 772-07-39; Тел/факс: +7 (495) 955-01-98