Журнал «Юный техник»: Юный техник, 2005 № 03

Столпотворение участников и посетителей, вспышки фотокамер и огоньки видеосъемки, улыбки, речи и музыка — все это сопровождало открытие очередной, уже десятой по счету, Международной специализированной выставки «Металл-Экспо 2004», в которой приняли участие более 700 компаний и фирм из 40 стран мира. Среди прочих участников на ней побывал и наш специальный корреспондент В.ЧЕТВЕРГОВ. И вот что он там узнал.

Металлургия, как известно, одна из самых консервативных отраслей промышленности. Вот уже какое тысячелетие человечество все выплавляет металл из руды с той лишь разницей, что печи стали побольше да некоторые из них теперь обогреваются не углем, а электричеством.

А о том, что сталь необходимо закалять, знали еще античные металлурги и кузнецы. Так, знаменитый Гомер в своей «Одиссее», написанной чуть ли не за тысячу лет до нашей эры, указывает, что «крепче железо бывает, в огне и воде закаляясь»…

Этой технологии и по сей день придерживаются деревенские кузнецы, остужая откованные подковы в холодной воде. С той лишь разницей, что после исследований замечательного русского металлурга Д.К. Чернова, сделанных им сто лет тому назад, стала известной и физическая суть этого процесса.

Быстро остывая в холодной воде, сталь при этом образует упорядоченную структуру, мелкие твердые зерна, а не большие и менее прочные, как при постепенном остывании на воздухе.

Впрочем, технологи знают и многие другие хитрости. Сталь закаляют и в масле, и в специальных смесях… Современные металловеды также добавляют в сталь вольфрам, молибден и другие легирующие, то есть упрочняющие, элементы. В итоге за последние полвека, например, прочность чугуна, стали и легких сплавов выросла приблизительно в 10 раз. Без этого мы не имели бы теперь ни высотных телевизионных башен, ни сверхмощных турбин, ни космических кораблей.

И все же возможности дальнейшего повышения прочности материалов не исчерпаны. До ее теоретического предела, вычисленного физиками, еще далеко. Поэтому ученые продолжают прокладывать дорогу к этому запрятанному в недрах вещества кладу, проявляя иной раз завидное хитроумие.

Вот тому хотя бы несколько примеров.

Для человека лучший способ взбодриться — принять душ. Оказывается, водный душ не помешает и металлу. Именно усталость металла — наиболее частая причина аварий высокооборотных моторов, турбин, самолетов. Сравнительно небольшие, но многократно действующие нагрузки способны расшатать структуру металла, вызвать появление предательской усталостной трещины, а затем и разрушение конструкции.

Чтобы деталь подольше не «уставала», чтобы она лучше сопротивлялась разрушающим нагрузкам, ее обычно упрочняют — наклепывают поверхность, создают в ней сжимающие напряжения.

Для этого существует несколько способов. Так, поверхности валов обжимают, обкатывают специальными твердыми роликами. Листовые рессоры автомобилей и пружины «обдувают» сильным потоком дроби. Ударяясь, дробинки вдавливают металл, оставляют на его поверхности вмятинки, создающие остаточные напряжения и повышающие усталостную прочность.

А вот уральский металлург Б.Г. Козин додумался заменить ролики или дробь водой. Он рассуждал примерно так. При сверхвысоких давлениях водяная струйка превращается в режущий инструмент, способный рассечь стальную плиту. Значит, плавно меняя давление, можно получить и такую струю, которая бы детали не разрезала, но была бы достаточно сильной, чтобы уплотнять. Расчет показывает: для деталей из углеродистых сталей вполне достаточно 4–6 тысяч атмосфер. Причем вода, в отличие от дробинок, не царапает поверхности, водяной струе легче забраться во внутренние полости, карманы, обработать отверстия, лазы, канавки и другие наиболее опасные с точки зрения усталостных напряжений места. Причем все необходимое оборудование — насос высокого давления да специальное сопло.