Борьба за скорость - Ляпунов Борис Валерианович (читать книги полные TXT) 📗
Но нельзя ли ускорить эту работу?
Советская наука ответила: можно!
Профессор С. А. Векшинский разработал совершенно новый способ исследования структуры и свойств сплавов.
Мы можем с вами оценить значение способа Векшинского, зная о тех действительно непреодолимых препятствиях, которые стояли перед металловедами.
Нет возможности описать во всех подробностях эту работу. Но суть ее понять нетрудно.
Твердым и жидким металлом наука занималась давно. А вот тот же металл, но в виде газа, точнее пара, выпал из поля зрения металловедов. В этом же оказался ключ решения задачи, которой занялся Векшинский.
Давно известно, что при нагревании металл испаряется. Все быстрее и быстрее двигаются тогда атомы металла. И часть из них уже может преодолеть силы притяжения соседей, оторваться и улететь.
В воздухе, конечно, такой вырвавшийся с поверхности металла атом далеко не улетит. Его «затолкают» встречные молекулы воздуха, он быстро потеряет свою скорость. А если бы могли увидеть его путь при этом, то заметили бы причудливую ломаную линию. Едва он успевает поворачиваться под ударами встречных молекул.
Другое дело — в пустоте. «Пустота», конечно, дело относительное. Но все же наши машины глубокого вакуума, пустоты, создают разрежение до одной тысячемиллиардной доли атмосферы. По сравнению с плотным воздухом у поверхности Земли это действительно пустота.
И вот там-то атомы испаренного металла полетят без помех прямым пучком.
Пусть такой пучок встретит на пути стеклянную пластинку. Тогда, подобно муке, которая, высыпаясь из пакета на стол, ляжет горкой, осядут горкой и атомы на пластинке. Слой атомов металла на пластинке будет неодинаковой толщины: чем дальше от вершины «горки», тем тоньше.
А теперь пусть не один, а два или три пучка от разных металлов направляются к пластинке. Атомы перемешаются, и на ней осядут слои — «горки» из разных атомов.
В разных местах пластинки будут и разные по составу слои. В одном месте будет больше, скажем, никеля, меньше хрома, где-то в другом — наоборот.
На пластинке исследователь получит всю гамму сочетаний составных частей, всевозможные их комбинации. Этого можно достигнуть, и это сделал Векшинский.
Но ведь тогда на стеклянной пластинке откроется перед нами сплав во всем его многообразии. На маленькой пластинке мы увидим большой мир — тысячи разных сплавов, стоит только перейти из одного места пластинки в другое. Передвигаясь по пластинке, мы сразу встретим всю гамму сплавов, которые нужно было бы создавать годами упорного труда.
Но разве слой из атомов разных металлов может заменить настоящий сплав?
Разве сплав на пластинке испытаешь так, как испытывают настоящий сплав?
Оказывается, тончайшие слои на стеклянной пластинке могут заменить исследователю настоящий сплав. Оказывается, можно с помощью специальной аппаратуры испытывать и определять некоторые их свойства.
В экспресс-лаборатории спектрального анализа.
Пользуясь способом Векшинского, можно предсказывать, как поведет себя сплав, как будут действовать на него различные газы, пары, жидкости при различных температурах и давлениях. Можно, например, наблюдать, насколько стоек сплав к такому своему врагу, как коррозия, и помогать бороться с нею. Можно легко увидеть, что происходит с тонким слоем сплава при нагреве, при пропускании тока, при взаимодействии не только металла с металлом, но и с химическими соединениями, иначе говоря, в миниатюре изучать то, что бывает в жизни со сплавом.
Создание металловедческой лаборатории, в которой перед исследователем развертывается картина «большого в малом», где изучаются не громоздкие образцы, а «горки» из атомов, высотою в доли миллиметра, естественно, было сложным и трудным делом.
Так, например, чтобы приготовить совершенно чистый металл для будущего образца, его приходилось переплавлять в пустоте и выдерживать жидким довольно долго, — иначе в нем оставалось много газа, а «газированный» металл для исследований не годился. Испарение должно идти равномерно, и это доставило немало забот. Зачастую поверхность испарителя — металлического шарика — оказывалась как бы изъеденной со всех сторон неравномерным испарением, и сплав получался неправильного состава.
Однако работа была успешно закончена и в 1946 году удостоена Сталинской премии первой степени.
Применяются и другие методы «скоростного» определения свойств сплавов. С точностью до тысячных, а иногда и до десятитысячных долей процента обнаруживает примеси спектральный анализ. Делает он это так быстро, что назвали его экспрессным анализом.
Создать высокопрочный сплав, как мы знаем, нелегкая задача. Она тем более сложна, что прочные сплавы имеют свои особые свойства, с которыми нельзя не считаться.
Что же это за свойства?
Кое-что о них мы уже говорили, когда рассказывали о создании жаропрочных сплавов. Сплавы «отзываются» на перемену условий — нагрузки, температуры. И надо добиться, чтобы эти изменения шли очень медленно, не мешая работе машины. А, значит, кратковременными испытаниями уже нельзя ограничиться. Нужны длительные испытания, чтобы уверенно строить машину.
И это не все. Можно судить о детали не по самой детали, а по кусочку металла — образцу. Из такого металла потом будут сделаны части машины. И если образец ведет себя хорошо, выдержит все испытания, то и за деталь можно быть спокойным.
Схема стилоскопа — прибора для спектрального анализа стали.
Испытания образцов новых сплавов отвечают металлургу, каким же получился сплав, добился ли он тех качеств, какие требуют от него производственники.
Вот как решили задачу профессор И. И. Корнилов и инженер В. Ф. Проханов.
Вместо сложных и громоздких испытательных машин — небольшой диск. На нем, как зубья в бороне, разместились по кругу металлические палочки — образцы. Диск помещен в электропечь, где можно получить высокую температуру. Он вращается с огромной скоростью.
Во время испытаний образцы на диске изгибаются, как будто тонкие деревца под сильным ветром. Центробежная сила и высокая температура — причина этого. И по тому, как они изогнулись, можно судить о жаропрочности сплава, его стойкости к нагрузкам и температурам.
Но как же увидеть образцы на диске, который вертится со скоростью в 2 000 или даже больше оборотов в минуту? Они сливаются в сплошной блестящий круг.
Заглянем в маленькое окошечко в крышке печи. Мы увидим образцы… стоящими неподвижно. Как будто оборвалась кинолента и на экране все застыло.
Это делает стробоскоп — оптический аппарат, который «останавливает» быстровращающиеся предметы. В стробоскопе предмет освещается лишь тогда, когда он, вращаясь, появляется перед окошечком все время в одном и том же месте. А так как вращение идет очень быстро, глаз не успевает заметить мигание света — для нею изображения сливаются в одно, как кадры на экране. И мы видим освещенный предмет как бы застывшим.
Стробоскоп применяют для изучения быстроходных механизмов. С его помощью наблюдают, например, работу высокоскоростных подшипников. В испытательной машине стробоскоп позволяет увидеть, как ведут себя образцы жаропрочных сплавов.
Часто нужны бывают испытания не только образцов, но и готовых деталей, а иногда и всей машины в целом, в условиях настоящей ее работы.
Испытания же быстроходных машин — дело не простое. Наблюдать за изменениями свойств металла в машине, где детали двигаются с большими скоростями, естественно, труднее, чем в тихоходной машине.
Способов испытаний сейчас известно мною. За напряжениями в быстровращающейся детали можно наблюдать на прозрачных моделях.
Модель, например турбинного диска, делают из прозрачной пластмассы. Диск помещают в печь и вращают с большой скоростью. В пластмассовом диске возникают напряжения — такие же, как и в настоящей турбине. Оптические приборы помогают нам их увидеть, узнать, что происходит с материалом во время работы машины. Яркие радужные рисунки, похожие на причудливую раскраску крыльев какой-нибудь тропической бабочки, показывают «линии напряжений», и по ним можно судить, каковы напряжения, где они больше, где опасные места.
