Борьба за скорость
Шрифт:
Тепло издавна служило человеку для изменения свойств металлов.
Советские ученые поставили ему на службу и холод. На наших металлургических и машиностроительных заводах впервые появился новый помощник человека, обрабатывающий металл. Холод помогает справиться там, где бессильным оказывается тепло.
Он также меняет внутреннее строение металла. Сталь сложного химического состава требует и сложной тепловой обработки. Чтобы закалить такую сталь, нужно добиться перестройки кристаллов в металле. Бывает, что такая перестройка не успевает закончиться, хотя сталь уже остыла. Тепловая обработка завершена, но металл перестроился не весь: остались еще участки незакаленные, мягкие.
Теперь, когда растут скорости, напряжения, давления, температуры в машинах, с таким, казалось раньше неизбежным, недостатком закалки мириться стало нельзя. Но как с ним бороться?
Иностранные ученые бессильны были ответить на этот вопрос. него ответили советские ученые. Надо дать металлу время, чтобы перестройка структуры металла закончилась полностью, чтобы закалка была окончательно завершена, решили они. Для этого металл нужно охладить не как обычно до комнатной температуры, а еще ниже: до 70—100° ниже нуля.
И действительно, в охлажденном металле закалка (скорее уже не закалка, а «замораживание») шла до, конца. Когда же металл вновь нагревался до комнатной температуры, он сохранял приобретенные закалкой свойства. Он становился твердым, и гораздо более твердым, чем только при закалке, потому что теперь в нем не было «мягких» участков, той капли дегтя, которая портила бочку меда.
Обработка холодом позволяет повысить твердость деталей машин иногда почти на треть или на половину. Улучшается качество деталей— например таких, как шестерни, увеличивается срок их службы.
Мы говорили до сих пор о том, как упрочить металл, о том, как для этого инженеры-технологи пользуются теплом и холодом, электричеством и химией, обработкой дробью и обкаткой роликами.
Все это — способы упрочить металл.
Электролитическое рафинирование (очистка).
А теперь нам придется поговорить о том, как уменьшить прочность металла.
Уменьшить прочность? Но борьба за скорость — это борьба и за прочность. Это борьба за прочный металл, который нужен для быстроходных машин. Как же можно бороться с прочностью? И, главное, зачем?
Здесь приходится вспомнить о резании.
Резцом из простой углеродистой стали нельзя резать специальную, легированную сталь. Это все равно, что резать твердое дерево жестяным ножом. А уж если и попробовать так резать, то осторожно, медленно, чтобы резец не затупился скоро, не перегрелся и не вышел из строя.
Чем прочнее металл, тем труднее его обработать.
Нельзя ли облегчить резание?
Нельзя ли помочь резцу «справиться» с металлом и еще быстрее обрабатывать его?
Можно, ответили советские ученые — лауреат Сталинской премии академик П. А. Ребиндер и его ученики.
Удивительные вещи происходили при опытах Ребиндера.
Не меняя ни состава, ни строения металла, он резко изменял его механические свойства.
«Мы доказали, например, — говорит Ребиндер, — что если металлическая проволока, погруженная в чистое минеральное масло, весьма медленно растягивается под действием постоянной нагрузки и к каждому килограмму масла добавить всего только 10–20 миллиграммов цероти — новой кислоты, добываемой из пчелиного воска, то скорость вытягивания возрастает в несколько раз. Для свинцовой проволоки диаметром 0,5 миллиметра или фольги скорость вытягивания может быть увеличена при этом в 10 раз при той же нагрузке».
Что же произошло? Неужели одна капелька кислоты так повлияла на металл? Да, и чтобы понять это, нам нужно опять заглянуть внутрь металла.
Каждая его частичка там со всех сторон окружена соседями, такими же, как она. Силы сцепления действуют на нее со всех сторон одинаково.
Так будет внутри металла. Частица же на поверхности чувствует себя иначе. Снаружи у нее нет соседей. И у такой поверхностной частицы остается сила сцепления, которую ей не к чему приложить.
< image l:href="#"/>Гальваностегия (наращивание слоя металла).
Есть такое растение, которое заглатывает маленьких насекомых, прилипающих к его цветку. Терпеливо ждет оно, пока сядет насекомое на яркий цветок, сядет, чтобы не улететь больше. Частички на поверхности металла только и ждут, чтобы вблизи появились какие-нибудь другие посторонние частицы, и притягивают их к себе.
И есть такие вещества, установил академик Ребиндер, которые, прилипая к поверхности металла, могут проникнуть в глубь него. Он назвал их «понизителями твердости» и вот почему.
Ровных поверхностей вообще не бывает. Всегда есть неровности, мельчайшие трещинки и щели. Они так малы, что их называют «ультрамикротрещинами» — то есть «сверхмикроскопическими трещинами».
Но для молекул «понизителя твердости» и такая трещина — дорога внутрь металла. И довольно широкая — потому что, попадая в нее, они могут расширить ее еще больше.
«И вот здесь-то, — говорит академик Ребиндер, — нами было открыто самое замечательное действие поверхностно-активных веществ на твердые тела».
Попав в мельчайшую клиновидную трещинку, молекулы этих веществ давят на стенки ее, «расклинивают» с огромной силой — в тонну на каждый квадратный сантиметр.
Каждая молекула — крошка, но их много, и общая сила их давления, как видим, велика. Она разрушает металл.
Теперь становится понятным, почему «понизители твердости» облегчают работу резца. Качество обработки получается очень высоким, уменьшается износ инструмента.
Смазка с такими добавками не только смазывает и охлаждает, но и помогает резать металл.