Физика металлов и современная металлургия

Современная физика и химия металлов — это тот «золотой ключик», который способен открыть заветную дверцу в страну сверхпрочности металлов и сплавов.

Управляя строением металлов, получая наилучшую их структуру, металлурги уже в недалеком будущем надеются повысить прочность металлов и сплавов еще в несколько раз.

Что такое металл? Статья наша будет, однако, не полна, если не рассказать в ней хотя бы об основах современной теории металлов - о квантовой физике твердого тела.

Много требований предъявляется к металлам в настоящее время. Для того, чтобы удовлетворить всем этим требованиям, нужно научиться получать материалы с заданными свойствами, проектировать будущие материалы так же уверенно, как уверенно рассчитывают теперь конструкторы самолет, мост или жилой дом. Пути к этому намечает современная наука о металле.

Что же такое металл? Каковы его характерные свойства? «Металлом называется светлое тело, которое ковать можно», — писал М. В. Ломоносов в своей книге «Первые основания металлургии или рудных дел». Этот первый в России учебник горнозаводского дела вышел более 200 лет назад. По нему училось несколько поколений русских инженеров. Но сегодня верное для своего времени определение Ломоносова нас уже не удовлетворяет. Многие свойства металлов, например электропроводность или кристаллическое строение, в ту пору еще не исследовались; многие свойства вообще еще не были известны. Если Ломоносов насчитывал всего шесть металлов: золото, серебро, медь, олово, железо и свинец, то в наши дни их известно около 80. Четыре пятых всех элементов таблицы Менделеева являются металлами! Почему их так много? Чему обязаны металлы своими свойствами? На эти и многие другие вопросы удалось ответить только в XX веке.

Эксперименты показали, что сверхпластичным может быть даже чугун (содержащий 3,5% углерода). Французским ученым удалось, нагрев серый чугун до 700°С, получить удлинение образца на 400—500%. Советские исследователи получили удлинение на 150% и на белом чугуне (при той же температуре).

Академик А. И. Целиков с сотрудниками разработали новую технологию получения быстрорежущей стали, позволившую повысить стойкость изготовленных из нее резцов, сверл, фрез и другого инструмента в среднем в 2-2,5 раза, а в отдельных случаях даже в 6 раз, что приводит к существенному удешевлению выпускаемой продукции, а для точного подсчета количества проката нужного на производстве используют специальный калькулятор металла.

Что же это за технология? Металл не разливают, получая крупные слитки, а распыляют, как одеколон из пульверизатора. Размер капелек металла колеблется от нескольких сотых долей миллиметра до 1 мм. Полученный таким способом металл обладает почти идеально равномерным составом, от личной мелкозернистой структурой. Изделия из таких частичек металла изготовляют путем всестороннего сжатия при помощи высоких давлений и температур. Еще каких-нибудь четверти века назад повышение прочности металлических материалов не только в сотни, но и в десятки раз казалось большинству ученых беспочвенной фантастикой. Это и неудивительно. Ведь за предыдущие полвека в результате напряженной работы исследователей всего мира им удалось повысить прочность всего в 8—10 раз. Теория дислокаций показала, что прочность монокристаллов может превышать уже достигнутую в десятки и более раз. И действительно, прочность технической железа на разрыв не превышает 25— 30 кгс/мм-кв, а монокристаллы железа обладают прочностью до 1400 кгс/мм-кв. Теперь и теория дислокаций оказывается в значительной мере уже пройденным этапом, создаются новые сплавы с длинными названиями, чтобы разобраться в который необходимо знать как происходит расшифровка сталей. Наука развивается открывая все новые и новые возможности, о которых раньше не только не подозревали, но зачастую не смели и мечтать.