Шумовое загрязнение в XXI веке стало одной из серьезных угроз для человечества. В последние годы значительно возрос уровень техногенных шумов и вибраций. Поэтому борьба с ними – актуальная проблема развития современной техники.
Одним из эффективных методов снижения уровня шума и вибрации в промышленности является использование металлических конструкционных материалов с высокой демпфирующей способностью. Но мало кому известно, что высокодемпфирующая сталь, обладающая поистине уникальным сочетанием свойств, впервые в мире создана в России, в ЦНИИчермет им.И.П.Бардина. Перспективность отечественной разработки успешно подтверждена в промышленных условиях.
Статистика показывает, что значительное количество поломок и аварий в машиностроении происходят в результате резонансных колебаний. Экономически более выгодным и действенным, а в ряде случаев и единственно приемлемым способом уменьшения паразитных вибраций и шумов, считается использование для различных конструкций и деталей сплавов высокого демпфирования (СВД). Проще говоря, они позволяют подавлять, уменьшать или устранять вредные колебания в системах, машинах, механизмах и приборах.
При прочих равных условиях изделие из сплава, обладающего высоким демпфированием, окажется более надежным при значительной вибрационной нагрузке, чем аналогичная деталь, изготовленная из другого металла. Это открывает перед промышленностью новые производственные возможности
и существенно расширяет сферу применения СВД.
Что и говорить – перспективы заманчивые! В 1989 году в рамках Госпрограммы «Перспективные материалы» было принято решение о создании в СССР демпфирующей стали. ЦНИИчермет им.И.П.Бардина получил соответствующее задание.
В 1991 году, после напряженных исследований и многочисленных опытов, ученые и специалисты института создали первые в мире образцы экономичной высокодемпфирующей стали. Сплав получился достаточно простым по химическому составу. Себестоимость производства металла оказалась невысокой. В 1993 году на Златоустовском металлургическом заводе впервые осуществили промышленную выплавку одной тонны стали марки 01Ю5Т.
Однако попытки создать экономичную демпфирующую сталь предпринимались и в других странах. Как стало известно позже, по данной тематике интенсивно работали и в Японии. Но японский металл по механическим свойствам уступал нашему в 1,5 раза! Да и цена подкачала. По расчетам российских специалистов, японская демпфирующая сталь минимум в 10-15 раз дороже своего российского аналога – 01Ю5Т!
Отечественная экономичная промышленная сталь марки 01Ю5Т прекрасно справляется со своей главной задачей – борется с вибрацией и шумом. Одна из ее ключевых характеристик – демпфирующая способность. Самые лучшие образцы сплава поглощают до 50% подведенной за один цикл упругой энергии. Иными словами, демпфирующая способность новой стали около 50%, простой – около 1%. По сравнению с обычными металлами они гасят до половины возникающих в изделии вибраций!
Российское изобретение заметили и оценили на Западе. В 1997 году на 46-й Всемирной выставке инноваций, исследований и новых технологий «Эврика-97» в Брюсселе сталь 01Ю5Т получила золотую медаль.
В 2013 году в России произошел эволюционный рывок в развитии производства экономичной промышленной высокодемпфирующей стали для массового применения. ЦНИИчермет им.И.П.Бардина совместно с одной металлургической компанией провели масштабный эксперимент по изготовлению опытно-промышленной партии стали 01Ю5Т. Выплавка производилась в металлургическом агрегате объемом 350 тонн с последующим внепечным рафинированием в ковше и непрерывной разливкой на слябовую заготовку. По данным из открытых источников, полноценная промышленная выплавка демпфирующей стали в таком объеме была осуществлена впервые в мире!
Выплавка стала испытанием для специалистов. В процессе литья надо было защитить от окисления богатый алюминием расплав и создать условия для непрерывной разливки. Но все получилось – плавка, непрерывная разливка и прокатка прошли успешно.
Переход к крупнотоннажному производству позволяет не только резко снизить себестоимость металлопродукции, но и дает реальную возможность изготовления массивных элементов различных конструкций.
Где может успешно применяться уникальная разработка отечественных ученых и металлургов? Ответ банально прост – практически везде! Среди перспективных отраслей применения тяжелое машиностроение, железнодорожный и автомобильный транспорт, судо- и приборостроение, авиакосмическая и станкоинструментальная промышленность, дорожно-строительная и даже бытовая техника.
Весьма перспективно использование демпфирующих сталей в судостроении. При эксплуатации судов и боевых кораблей вибрация и шум зачастую затрудняют нормальную работу экипажа и гидроакустики. На одной из презентаций с разработкой ЦНИИчермет им.И.П.Бардина ознакомились специалисты крупнейшей судостроительной компании России – ОСК. Экспертов заинтересовали впечатляющие характеристики 01Ю5Т. Ученые института и судостроители обменялись мнениями о возможностях применения сплава в отечественном судостроительном комплексе.
Напрашивается применение демпфирующей стали на железной дороге и в метро. Эти виды транспорта одни из рекордсменов шумового загрязнения городов. Снижение уровня шума и вибрации, безусловно, сделает ежедневные путешествия десятков миллионов жителей России намного более приятными и комфортными. Но, надо понимать, что даже для простого перечисления возможных способов применения демпфирующей стали в этой статье места просто не хватит.
Теперь подробнее о преимуществах, которыми обладает разработка ЦНИИчермет им.И.П.Бардина. Сталь 01Ю5Т – это инновационный и уникальный в своем роде продукт, которому, судя по открытым публикациям, нет аналогов в Западной Европе и США. Сплав позволяет изготавливать принципиально новую продукцию, одновременно обладающую и высокой конструкционной жесткостью, и потрясающей на сегодняшний день демпфирующей способностью (поглощает до 40-50 % вибрационной энергии).
Специфическое сочетание демпфирующих, механических и потребительских свойств позволяет использовать данный сплав в изделиях, которые эксплуатируются в тяжелых условиях, при одновременном воздействии температуры и мощной вибрационной нагрузки. Материал обладает жаропрочностью и жаростойкостью. Его можно применять при температурах до 600 °С. Хотя многие известные СВД теряют свою демпфирующую способность при температурах уже 120-150 °С. Стойкость против окисления при температурах до 1000 °С – в десятки и сотни раз выше, чем у низколегированных сталей. 01Ю5Т может эксплуатироваться и при отрицательных температурах. Коррозионная стойкость – как минимум не хуже других сталей.
В богатом ассортименте преимуществ отечественной разработки и меньшая, по сравнению с традиционными сталями, плотность. Что это дает? Выигрыш в весе до 8,5 %! Экономия составит 85 граммов на каждый килограмм изделия (это весьма критично для любого транспорта).
И еще одно немаловажное достоинство. Детали, механизмы и конструкции из высокодемпфирующей стали 01Ю5Т обладают повышенным ресурсом работы за счет уменьшения вибрационного износа.
Далеко не последнюю роль при внедрении нового материала играет экономическая целесообразность. Но коммерческую тайну никто не отменял. Поэтому завуалированно можно сказать, что потенциальные заказчики будут приятно удивлены ценой на столь прорывной продукт!
Преимущества для производителей понятны, а что получит простой потребитель? Меньший уровень шума и вибраций в наших городах, квартирах, машинах, на улицах, сохраненные нервные клетки и позитивное настроение.
… В настоящее время практически все готово для широкомасштабного промышленного производства экономичной высокодемпфирующей стали марки 01Ю5Т. Наша сталь обладает высоким потенциалом продаж не только на отечественном рынке, но и за рубежом.
Фотографии
