Борьба за скорость - Ляпунов Борис Валерианович (читать книги полные TXT) 📗
Разве неудивительны эти, идущие по воле человека, превращения металлов? Чистых металлов известно около 70. А наша техника применяет несколько сот марок сплавов с самыми различными свойствами.
Легирующие примеси в высококачественных марках стали.
Можно выдумать сплавы почти невесомые, всплывающие в воздухе, как пробка в воде, и сплавы, в десятки тысяч раз тяжелее стали. Это, конечно, фантазия писателей.
Но если бы лет пятнадцать назад вы сказали металлургу, что можно создать сплав, работающий сотни часов при температуре красного каления, — он наверняка счел бы вас фантазером.
Инженеры, создававшие такой сплав, знали по опыту, что столько-то процентов никеля обеспечат высокую прочность, а столько-то молибдена — стойкость к высоким температурам.
Они знали, что добавка хрома и кремния даст защиту против окисления и при низких и при высоких температурах. Им известно было и то, что для лучшей свариваемости и ковкости желательно иметь в сплаве немного углерода.
И они подобрали состав сплава. Но это было лишь началом работы.
В лабораторной печи сделали пару опытных плавок. Прочность при высокой температуре получилась выше, чем у других сплавов.
Однако ковать и прокатывать новый сплав оказалось очень трудно. Мешала слишком большая его твердость.
Куда же годится материал, который нельзя обработать! Инженеры стали тщательно изучать все свойства нового сплава.
Его испытывали при нагрузках, которые придется выдерживать в настоящей турбине. В специальных машинах подвергали образец «пыткам»: растягивали, изгибали, выкручивали на все лады. Смотрели, как материал ведет себя при длительной работе — много часов подряд. Ведь турбина на электростанции должна проработать непрерывно 100 тысяч часов — одиннадцать с половиной лет!
Конечно, испытывать образец 11 лет — дело немыслимое, но все же инженеры заставили металл сдавать экзамен подолгу, чтобы судить, как он поведет себя при еще более длительной работе.
Нельзя добиться того, чтобы материал совсем не менял своих свойств. Но можно и нужно добиваться того, чтобы изменения эти были медленными, незаметными, не мешающими работе машин.
Нелегкая эта задача, но ее решают наши металлурги.
Они проникают внутрь металла с помощью микроскопа и рентгеновского аппарата, исследуют влияние тепловой обработки на строение и свойства сплава.
Инженеры здесь не одиноки. Наука вооружает их новыми, совершенными методами исследования металлов.
Не только оптический, но и электронный микроскоп с увеличением в 100 тысяч раз становится достоянием металлурга. С его помощью можно увидеть даже отдельные молекулы.
Электронные приборы выдают тайну самых тонких, самых сложных превращений в недрах вещества.
Раньше узнать, нет ли дефектов внутри металла, можно было, только разрезав слиток или деталь. Теперь мы можем «заглянуть» внутрь металла, не разрушая его. Рентгеновский аппарат, магнитный и ультразвуковой дефектоскопы — вот те глаза металлурга, которые видят все изъяны, трещинки, все пороки, видят внутренний мир металла.
Сплав нагревают, выдерживают при определенной температуре и затем охлаждают — по-разному нагревают, по-разному выдерживают, по-разному охлаждают. И опыт и теория показывают, как это делать наилучшим образом.
Так справились и с «упрямым» сплавом, о котором мы говорили. Он стал хорошо поддаваться обработке. Но когда попробовали, как новый сплав сваривается, то испытали жестокое разочарование. Нагрев при сварке вызывал чрезмерную хрупкость и твердость. И сварные швы оказались теми опасными местами, которых всегда стремятся избегать.
Все существовавшие сварочные электроды пришлось забраковать и изготовить новые. Да и самый процесс сварки перестроили заново.
Понадобился и новый припой, так как ни один из имевшихся не был пригоден при высоких температурах. Пайка же, как и сварка, занимает немало места при изготовлении машин.
Затем испытания нового сплава перенесли из лаборатории в заводские цехи.
С высочайшей тщательностью повели плавку на заводе. Литейщики знали, что сплав, работающий при большой температуре, очень капризен. У него повышенная чувствительность к малейшим изменениям в составе.
Какая разница — на сотую или тысячную долю процента больше добавлено присадок! Какая разница — немного перегреть или недогреть сплав! Но эти маленькие разницы могут быть причиной большой разницы — между годным и негодным сплавом.
И все же сплав из заводской печи не сдал экзамена. Инженеры долго ломали головы, пока доискались причины.
Оказалось, что при плавке попали вредные примеси из облицовки печи. Примеси остались после разливки, затвердели, и результатом был брак.
Металлургам и с этим злом удалось справиться. Они научились получать чистый сплав.
Когда приходится слышать о сплаве с «исключительными» качествами, равных которым еще не было, надо спросить: а применяется он в промышленности? Производится ли он в больших количествах?
И если вам ответят, что это лабораторный сплав, тогда вы смело можете усомниться в его исключительности.
Бывали такие случаи. Сплав из лабораторной печи вел себя прекрасно. И прочность, и твердость, и другие свойства отвечали самым жестким требованиям. Однако на заводе получалось другое, и сплаву приходилось отказывать в «путевке в жизнь».
От лаборатории до производства — еще дистанция немалого размера. И то, что инженеры полностью решают задачу, то, что они научились давать металл, не уступающий лабораторным образцам, — это большое достижение металлургии, которое трудно переоценить.
Комбинируя различные добавки, металлурги получают нужные свойства сплавов. Нередко ничтожные количества некоторых элементов резко улучшают материал. Название «гомеопатическая» металлургия, металлургия малых добавок, к которому прибегают инженеры, верно буквально, без кавычек.
Они добиваются исключительной чистоты сплава, ведут жестокую борьбу с каждой нежелательной примесью, с каждым незваным гостем, попавшим при плавке в сплав.
И каждую плавку они заставляют сдавать трудный экзамен.
Мы как-то упомянули, что нельзя сделать части машины из золота или платины. Но разве только золото и платина дороги? Нет, конечно. Есть и еще дефицитные, дорогие элементы. Они-то как раз и нужны для создания высокопрочных сплавов.
В лаборатории, пожалуй, это не составит проблемы. Там можно проводить опыты хоть с радием. А когда радия потребуется не доли грамма, а килограммы и десятки килограммов! Волей-неволей от него придется отказаться.
Выходит, надо искать заменители дорогих, остродефицитных материалов. Молибден, скажем, заменить более доступным, дешевым марганцем.
А только просто ли это сделать? От изменения состава сплав может измениться так, что его и не узнаешь.
Большие и сложные исследования ведут металловеды, создавая новые сплавы. Это, пожалуй, звучит очень скромно и неопределенно. Но как же все-таки может быть велика эта «большая» работа?
Предположим, что мы захотели бы испробовать все возможные сочетания из двух, трех, четырех и так далее элементов, скажем, до десяти. А в каждом из таких сочетаний мы изменяли бы содержание составных его частей, допустим, 10 раз.
Сколько нужно было бы изготовить образцов? Оказывается, так много, что на испытания их не хватило бы человеческой жизни.
Итак, «большая» работа оказывается бесконечной, а значит, и неосуществимой.
И у нас нет никакой надежды не только довести ее до конца, но и хоть сколько-нибудь заметно продвинуться вперед. Исключается всякая возможность плана, системы. Их заменяет случай.
Долгие годы нужны для того, чтобы изучить, перепробовать хотя бы сплавы всего из двух металлов — двойные. Века нужны, чтобы создать и испытать тройные и четверные сплавы. Чтобы испытать все сплавы из 10 элементов, понадобилось бы столько образцов, что для них не хватило бы массы металлов размерами с земной шар.
