Термист Термомеханическое упрочнение арматурного проката технология, средства, разработка

Кристалл Д.К.Чернова

<< Предыдущая страница << || Оглавление || >> Читать дальше >>

Знаменитый русский металлург Д.К.Чернов (1839 - 1921 гг.), основоположник металловедения железа, занимался разработкой теории и строения стального слитка. С этой целью он собирал коллекцию железных кристаллов. Лишь редкие кристаллы, найденные им в слитках, достигали 5 мм по наибольшему измерению; большинство же имело длину до 3 мм при 1 - 1,5 мм в поперечном измерении. Попадались иногда хорошо развитые кристаллы с очень тонкими очертаниями, но таких малых размеров, что хорошо они были видны только при значительном увеличении, в 100 - 150 раз.

Но наиболее ценным в этой коллекции был знаменитый «кристалл Д.К.Чернова», описанный во многих учебниках по металловедению. История этого уникального кристалла такова.

Подполковник морской артиллерии Берсенев, служивший приемщиком на одном крупном металлургическом заводе, нашел огромный кристалл в груде стального лома шихтового двора. Как удалось выяснить, кристалл вырос в стотонном слитке стали. Администрация завода охотно отдала кристалл Берсеневу, а тот подарил его своему учителю Д.К.Чернову, который тщательно исследовал уникальный кристалл. Вес его оказался 3 кг 450 г, длина 39 см, химический состав: 0,78 % углерода, 0,255 % кремния, 1,055 % марганца, 97,863 % железа.

Меньший отросток этого двойного кристалла, разрезанный на несколько частей, был всесторонне исследован не только самим Д.К.Черновым, но и другими авторитетными металловедами. Кристалл послужил объектом для ряда дальнейших изысканий и научных докладов Чернова и других русских и иностранных ученых.

И в наши дни встречаются кристаллы-гиганты. Однажды токарь металлургического комбината им. Серова, обрабатывая прокатный вал, увидел в усадочной раковине отливки огромный иссиня-черный металлический кристалл. Он напоминал по форме дерево с разветвленной кроной. Новый «кристалл Чернова» был высотой около 400 мм. Намного позже при обработке такого же вала обнаружили подобный же кристалл черного цвета.

Возникла идея изготовить изделие из цельного кристалла. Например, прочность и жаростойкость турбинных лопаток определяют боевые качества самолетов и экономичность энергетических систем. В жаропрочных сплавах, из которых отливают обычно лопатки, самым уязвимым местом являются границы между зернами. Специальный литейный процесс с направленной кристаллизацией позволил получить лопатки из одного кристалла - они выдерживают вдвое больше тепловых ударов, чем обычные.

В наше время интерес ученых к монокристаллам приобрел уже практическое значение. Особенно привлекают внимание так называемые металлические «усы» - тончайшие нитевидные кристаллы, всего в несколько микрон толщиной, но с высокой прочностью. В частности, предел прочности железных усов составляет 1200 - 1300 кГ/мм², в то время как сталь с прочностью на разрыв 150 - 200 кГ/мм² считается высокопрочной, а сталь с прочностью более 200 кГ/мм² - сверхпрочной.

Нитевидные кристаллы железа обладают и другими интересными свойствами. Коэрцитивная сила их составляет 500 э, в то время как у лучших магнитных сплавов 250 э, а у чистого железа 1 э.

При окислении в потоке чистого кислорода в течение 100 мин образующийся на нитевидных кристаллах окисленный слой составляет 1 мкм, а при окислении обычного железа в течение 20 мин 4,5 мкм.

К сожалению, большая прочность сохраняется только для усов диаметром в несколько микрон и длиной в несколько миллиметров. С увеличением диаметра и длины усов прочность их резко падает; поэтому практически использовать огромную прочность усов можно пока только в особых случаях, например в виде пряжи или ткани для специальных целей.

Ведется теоретическая разработка высокопрочных материалов, в которых используется огромная прочность монокристаллов-усов, получаемых из очень тугоплавких материалов. Ткань из таких усов служит наполнителем основы, состоящей из металла и играющей роль связующего вещества. Для композиции из усов глинозема подсчитано, что ее прочность при температуре более 1100° C примерно в три раза превосходит прочность молибденовых сплавов и рения.

В печати все чаще появляются сообщения о попытках практического применения нитевидных кристаллов для изготовления высокопрочных композиционных материалов. Промышленность монокристаллов создается в США, Англии, Японии, Франции - там их производством заняты десятки фирм. Интенсивные исследования монокристаллов тугоплавких металлов ведутся в ГДР.

Лаборатория космических исследований фирмы «Таксако эксперимент» разработала способ получения нитей и волокон из бора. Полученные нити из бора в пять раз прочнее стальной проволоки, имеют жесткость в пять раз больше, чем у стекловолокна, удельный вес меньше, чем у алюминия, и температуру плавления более 2000° С. Управление ВВС США предполагает использовать эти нити для строительства легких и жаропрочных оболочек корпусов ракет. Новый материал с так называемой «синтетической микроструктурой» получают, например, при пропитке серебром тонких волокон вольфрама и применяют в американских атомных двигателях.

Институту металлургии Академии наук Грузинской ССР удалось получить кристаллы без изъянов, без мельчайших дефектов, отражающихся на свойствах железных, алюминиевых и медных кристаллов. Электронно-микроскопическое исследование этих сплавов показало, что возникающие микродефекты в виде вакуумных «пузырьков» связаны между собой сетью каналов, долгое время сохраняющих способность пропускать жидкое вещество. Было решено принудительно подать дополнительное количество жидкого сплава через каналы в межкристаллические пузырьки. Для этого использовали метод возрастающих давлений. На лабораторных установках грузинские специалисты получили литой металл, ковкость и прочность которого оказались значительно выше, чем достигалось до сих пор.

Имеются сведения о получении из порошка металла с волокнистой структурой. Это позволяет повысить прочность и улучшить физико-химические свойства деталей.

Детали с направленным расположением металлических волокон, полученные при помощи вальцовки, отличаются высокой ударной вязкостью. При одинаковой пористости волокнистое железо имеет более высокие показатели прочности и вязкости, чем обычная железокерамика, полученная из железных порошков.

Теперь монокристаллы уже не лабораторная редкость. Учитывая потребность некоторых отраслей техники, осваивается промышленное получение монокристаллов.

<< Предыдущая страница << || Оглавление || >> Читать дальше >>

Использована публикация:
Мезенин Н.А. Занимательно о железе. М. "Металлургия", 1972. 200 с.
стр. 17 - 19.

Источник рисунка: http://armor.kiev.ua/lib/artilery/01/index.php.

К началу страницы

Web-сайт “Термист” (termist.com)
Термомеханическое упрочнение арматурного проката

Отсутствие ссылки на использованный материал является нарушением заповеди "Не укради"

Редактор сайта: Гунькин И.А. (termist.com@gmail.com)