Чи є серед російських підприємств таке, продукція якого має значення буквально для всього світу? Складна історія російської промисловості в новітній час підказує відповідь «ні». Але як мінімум одне таке виробництво існує точно.
Це титановий гігант ВСМПО-АВІСМА - невід'ємна частина світового авіапрому. Сучасні «Ербас», «Боїнги», «Ембраєр», та й наші «Суперджет», обов'язково несуть в собі деталі, чий шлях почався в місті Верхня Салда Свердловської області.
Легкість, міцність, ударна в'язкість, стійкість до високих температур - все це перетворило титан в незамінний матеріал для аерокосмічної промисловості. Але, звичайно ж, не чистий титан, а його різноманітні сплави, в яких завдяки легирующим елементам корисні властивості титану посилюються багаторазово, а недоліки нейтралізуються.
Виплавлені з витрачаються електродів титанові злитки очікують найрізноманітніші метаморфози. На ковальському виробництві їх можуть перетворити в біллетов, сляби, кільця і інші заготовки. 1. Гідравлічний прес величезним тиском формует із злитка заготовку. Оскільки в процесі обробки метал остигає, транспортер відвозить заготовку в піч на додатковий підігрів, а потім повертає на прес.
Росія вдало села на «титанового коника» і планує розвивати успіх. Зараз в районі Верхньої Салда створюється особлива економічна зона «Титанова долина». Це не проект ВСМПО-АВІСМА, хоча провідне титанове підприємство Росії і світу претендує тут на статус резидента. У «долині» будуть розвиватися провадження у механічній обробці виробів з титанових сплавів, тобто мета проекту - створювати в Росії як можна більше доданої вартості і як можна менше віддавати на сторону сировини або заготовок з невисоким ступенем обробки. Цим же шляхом йде і саме Верхнесалдінськоє металургійне виробниче об'єднання. Його партнер по корпорації, підприємство АВІСМА з Березняків (Пермський край), займається сировиною, а ВСМПО - металургією.
2. Відформовані заготовки транспортер викладає на спеціальний майданчик для охолодження.
сильніше автобуса
Чому виробництво титану для аерокосмічної галузі розподілено в усьому світі між настільки небагатьма підприємствами? Тому що це дороге і складне виробництво, яке повинно забезпечити високий рівень якості та надійності. Михайло Ледер, директор науково-технічного центру ВСМПО, показує нам презентацію, де наочно продемонстровано, які навантаження відчувають різноманітні деталі з титанових сплавів. Навантаження на лопатку турбіни еквівалентна вазі переповненого лондонського автобуси- «даблдекера», а диск турбіни постійно «зупиняє» легковий автомобіль, що мчить зі швидкістю 100 км / год. «Якщо диск або лопатка зруйнуються через неякісне металу, - каже Михайло Ледер, - неважко собі уявити, якою катастрофою все закінчиться: шматки титану з величезною швидкістю прошиють літак, як шрапнель. А стійки шасі? Якщо вони не витримають навантаження при посадці, наслідки теж будуть сумними. Саме тому на нас і нашої продукції лежить висока відповідальність. Шлюб тут неприпустимий ».
3. Виробництво суцільнокатаних кілець з титану здійснюється на кольцераскатном стані. Кільця застосовуються в авіаційному двигунобудування і ракетній техніці.
У Верхній Салде ми приїхали, щоб подивитися, як створюються титанові сплави і титанові вироби, які так затребувані у всьому світі. ВСМПО - підприємство з багатою історією. Воно бере свій початок від заводу алюмінієвих виробів в Москві, заснованого в районі станції Сетунь в 1933 році. У роки війни завод евакуювали до Верхньої Салда на майданчик підприємства, що займалося виробництвом великих металоконструкцій. Коли настала ракетно-космічна епоха, тут за дорученням партії та уряду зайнялися титаном: перший злиток, отриманий в 1957 році, до цих пір зберігається в музеї ВСМПО. Верхня Салда - мономіст, більшість його жителів так чи інакше пов'язані з ВСМПО, і, чесно кажучи, в сусідстві з таким могутнім і знаменитим підприємством місто могло б виглядати і краще. Пояснення поганих дорогах, некошений газонах і не радує око житлових будинків - стандартне для нашої прекрасної російської глибинки: всі гроші йдуть в центр, місту перепадає мало. Залишається лише сподіватися, що подальший розвиток галузі, зокрема поява «титанової долини», дасть урбаністичному зростання Верхній Салде новий позитивний імпульс.
Що тане електрод
Титан не лежить в землі в злитках. Його виділення з руд в металевому вигляді являє собою досить складний фізико-хімічний процес. Останній етап - відновлення титану з тетрахлориду за допомогою магнію і високих температур. Кінцевим продуктом цієї операції стає губчастий титан - залишаються в печі великі пористі блоки. Ці блоки дроблять, створюючи шихту, з якої вже можуть працювати майстри плавки. ВСМПО отримує титанову шихту з «братнього» підприємства в Березниках. Далі потрібно створити сплав, додавши в титан такі елементи, як алюміній, хром, молібден. Плавлять титан в вакуумно-дугових печах, і це означає, що для початку сипуча шихта повинна перетворитися в так званий електрод, що витрачається. Шихта, що складається з дрібних фрагментів різної форми, разом з відходами титанового виробництва і необхідними присадками формується за допомогою вертикального гідравлічного преса в довгий циліндр - він-то і стане витратним електродом. Зовні він виглядає досить рихлим, по ньому навіть то тут, то там можуть пробігати тріщини, але електрод має достатню міцність, щоб не руйнуватися, коли його підвісять в печі. Як нам розповіли на підприємстві, технологія створення витрачається електрода виключно за допомогою преса практикується тільки в Росії. В інших країнах застосовується більш дорога технологія плазмового зварювання електроду з окремих пресованих елементів, але російський метод цілком забезпечує необхідну якість електрода.
Минулі первинну мехобработка балки візків для літакових шасі. Найбільші вироби такого типу розміщуються на двоповерховому лайнері А380.
У печі утворюється дуга між висячим електродом і стікає вниз розплавленим металом. Подивитися на цей процес у всій красі можна, однак можна заглянути в оптичний прилад, який стоїть на пульті оператора плавки. У нього видно переливається тоненький біло-блакитний півмісяць - це відкритий ділянку поверхні рідкого титанового сплаву. Продуктом плавки стає циліндричний злиток. Що відбувається зі злитком? Йому знову судилося стати електродом. У тій же самій печі титан (а точніше, сплав) переплавляється ще раз. Мета - домогтися гомогенності і хімічної однорідності металу. В принципі, кажуть нам інженери, ніж двічі досить. Але якщо мова йде про метал rotor-grade, тобто про такий, який йде на виготовлення деталей газотурбінних двигунів, то його піддають для надійності третьої плавці.
Великі штампування іншого типу: це елементи кріплення крила до центроплану.
Танець «глам»
Наступний етап титанового виробництва - ковальсько-пресовий. Що робити зі злитками? Їх перетворюють або в біллетов, або в сляби. Billet - по-англійськи «колоду» або «поліно». Це ковальська заготовка, дійсно схожа на колоду або колода, - вона формується із злитка за допомогою нагрівання і впливу гідравлічного преса. Виробництво біллетов являє собою чарівне видовище. Між піччю, де нагріваються злитки, і пресами жваво пересуваються транспортери із захопленнями. Тут їх називають «ГлаМ», хоча Glama - це бренд лише однієї з фірм, що випускають подібні машини. Водії «глам» досягли такого рівня майстерності, що, працюючи поруч, дивно чітко роз'їжджаються один з одним, а руху машин нагадують танець, на зразок добре відомого «танкового балету».
Всі ці вироби тестуються на предмет відповідності заданої геометричної форми на координатно-вимірювальних машинах. Машина обмацує штампування спеціальним зондом.
Гідравлічний прес - це не молот. Він не б'є по зливка, а тисне на нього силою, наприклад, 6000 т. Сплав піддається як пластилін, а з боків розпеченій до апельсиново-оранжевого кольору заготовки живописно зсипається невелика кількість окалини. Поки прес тисне - один раз, другий, третій, - заготовка починає остигати, і щоб метал не втратив пластичність, «глама» знову щастить його в розпечені надра печі. Так відбувається кілька разів. Готові біллетов підхоплює мостовий кран, що катається під стелею цеху, і складає їх на один з майданчиків для охолодження. Тут, в цеху, треба бути дуже обережним, а то можна ненавмисно притулитися до якогось великого шматка металу, який вже перестав світитися, але жаром від нього пашить сильніше, ніж з розігрітої духовки.
Виплавлення титанового злитка в вакуумно-дугового печі
Після того як біллетов сформований, поверхня його зачищають, механічно обробляють на токарному верстаті і піддають неруйнівного (ультразвуковому) контролю з метою виявлення неоднорідностей. Після цього біллетов - вже готова продукція, і, якщо замовник бере на себе подальшу обробку, він може їх купувати. Ті ж біллетов, які йдуть в подальше виробництво на ВСМПО, розпилюються стрічкопилкових верстатах на заготовки. З біллетов роблять прутки, кільця або штампування.
У сталевому пакеті
Інший шлях для злитків - перетворення не в біллетов, а в сляби, тобто заготівлі для плоского прокату - листів або плит. Плити застосовуються тоді, коли титанова деталь має не дуже складний тривимірний профіль, простіше не штампувати її, а вирізати по контуру з плити і дообработать фрезою.
Набір фрез для верстатів, що завдають на виріб складний профіль.
Сляби також можна використовувати для виготовлення титанового листа. Більш просту технологію - це скочування листа в рулони. Однак при цьому відбувається одностороння деформація металу, і в листі виникає анізотропія, тобто нерівномірність властивостей в залежності від напрямку. А це небажаний ефект, якщо врахувати, в скільки чутливих сферах застосовується титан. Для уникнення анізотропії використовується технологія полистного прокату, коли з прокатного стану виходять окремі листи і укладаються в стопку. У цього методу теж є недоліки: листи активніше окислюються і вбирають в себе водень. Однак на ВСМПО створили технологію так званої пакетної прокатки: стопку титанових листів укладають в сталевий пакет і так прокочують. В результаті через відсутність контакту з атмосферним повітрям листи з титанових сплавів, що не окислюється і не насичуються воднем.
Титановий лист застосовується для виготовлення деталей методом надпластичні деформації, коли за один «жим» відразу створюється складний профіль. Правда, для цього структура металу повинна бути дуже дрібнозернистої. З листа нарізають заготовки для виробництва зварних труб. У деяких же пристроях, де наявність зварного шва в трубі небажано (наприклад, через високого тиску в трубі), застосовуються цільнотянуті труби, які теж виробляються на ВСМПО.
Механічна обробка титанових штамповок - важливий етап виробництва, що створює високу додану вартість. На фото - глибоке свердління штампування на спеціальному верстаті.
нелюдська тяжкість
В одному з цехів ВСМПО висить серія цікавих плакатів. На них зображені великі штампування - заготовки для майбутніх елементів шасі величезних лайнерів. Поруч із зображенням, скажімо, десять автомобілів певної марки. Мета - показати співробітникам, наскільки дорога продукція підприємства і як висока ціна помилки або шлюбу. Великі штамповані деталі для турбовентиляторних двигунів, силових конструкцій центроплана і, звичайно, шасі - найбільш вражаюча частина асортименту ВСМПО. Найбільша з цих деталей - балка візки шасі від гігантського лайнера А380. Трохи їй поступається подібна ж деталь від Boeing 787. Для виробництва великих штамповок застосовуються потужні преси, серед яких унікальний гідравлічний, масою 75 000 т. Таких машин у світі тільки три - правда, недавно китайці оголосили про створення 80 000-тонного преса, так що рекорд світу, схоже, поплив до Піднебесної. Ще в недавні часи штампи для пресів створювали по-старому: робили дерев'яну форму, а по ній копіювальний верстат виготовляв металевий штамп. Зараз вже навчилися обходитися без дерева. Замовник надає комп'ютерну модель виробу, потім інше програмне забезпечення моделює процес штампування з урахуванням розподілу температур, плинності металу і т. Д., І вже на основі цих даних видається оптимальна форма штампа, яка і втілюється в металі.
Зрозуміло, штампування - це не готовий виріб. Щоб штампування, наприклад балка візки шасі, перетворилася в готову деталь, її треба обробити на токарному верстаті, провести глибоке свердління центральній частині, просвердлити технічні отвори і, нарешті, фрезерним верстатом створити остаточний профіль поверхні. Повну фінішну мехобработка на ВСМПО не роблять, але частка підприємства в цьому процесі збільшується. Зараз з виробів, що виходять зі стін ВСМПО, залишається зняти ще приблизно 1,5 мм металу.
Нещодавно в цех мехобработки були поставлені єдині на сьогоднішній день в Росії пятіпортальние фрезерні верстати MAG Cincinnati. З їх появою ребристий рельєф на балку візка шасі від новітнього Boeing 787-9 наносять вже в стінах ВСМПО.
Стаття «Титан, який летить над світом» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №9, Сентябрь 2014 ).
А стійки шасі?Що відбувається зі злитком?
Що робити зі злитками?
