|
|
|
|
| |
| Window Maker,
the window manager |
|
|
|
|
|
|
|
| |
| X |
|
|
|
|
|
Главная страница
Отправить сообщение
О ЧЕМ ЭТА КНИГА Трудно представить себе плавающий в воде кусок стали. Между тем сегодня порошковая металлургия дает возможность получить сталь не только любого заданного состава, но и практически любой необходимой плотности. Стальные, не тонущие в воде изделия делают из полых, как надувной мяч, частиц порошка.
производить дешевые композиционные материалы на их основе. Можно предполагать, что волшебные нити широко будут использоваться для получения легких и прочных материалов.
Сварные трубы большого диаметра металлурги сваривают из стального листа. Но в процессе сварки трудно обеспечить круглое сечение трубы, обычно оно получается эллипсоидальным. Поэтому после сваркк трубу помещают в специальную камеру и нагнетают в нее под большим давлением воду.
Сегодня мы знаем об огромном вкладе Леонардо да Винчи в гидравлику и механику. Леонардо спроектировал землечерпалки, во многом сходные с современными, придумал механизмы для рытья каналов, спроектировал ворота шлюзов, открыл ряд закономерностей в механике, гидравлике, динамике и аэродинамике. Чем же объяснить, что многие его изобретения и разработки приписывают другим крупным ученым XVI века? Иногда это объясняют тем, что рукописи Леонардо оставались неизвестными ученому миру вплоть до опубликования в 1797 году знаменитой работы по гидравлике Д.Б.Вентури. На самом деле, это не так. Установлено, что в рукописях работы Леонардо были известны многим ученым.
В приведенном примере "аналогия" помешала решить творческую задачу. Но чаще именно аналогия помогает найти нужный ориентир.
В Киевском институте инженеров гражданской авиации совместно с Институтом проблем материаловедения под руководством члена-корреспондента АН УССР А.Ф.Аксенова создан сплав для трущихся деталей машин, работающих в воде. Он не впитывает водород, и его износостойкость в несколько раз выше, чем у известных сплавов, применяемых для этой цели.
Замена традиционных подшипников скольжения пористыми приводит также к значительному снижению шумовых эффектов при их работе. Порошковая металлургия является одним из важных орудий борьбы с шумом, который в ряде случаев является главной помехой высокой производительности труда. Дело в том, что к шуму, как и к боли, человек адаптироваться не может.
На столе стояли две бутылки с соляной кислотой, только что доставленные из Амстердама. Бойль попросил сотрудника отлить из бутыли немного кислоты в колбу. Едкие пары повалили из горла бутыли и медленно расползлись по столу, на который Роберт Бойль положил букетик фиалок. Выходя из лаборатории, он заметил, что фиалки как бы слегка дымились - на них попали пары кислоты. Чтобы их промыть, Бойль опустил цветы в стакан с водой, а сам принялся читать книгу. Через некоторое
В отличие от монокристалла строение кристаллитов несовершенно. Одним из видов несовершенного строения является наличие незанятых мест в узлах кристаллической решетки - атомных «дырок", называемых вакансиями. Другим видом являются так называемые дислокации. Дислокацией (смещением) в геологии называют нарушения первоначального залегания пластов земной коры, в результате которых образуется складка или сдвиг. В кристаллической решетке дислокация - это также смещение или сдвиг, приводящий к образованию лишнего ряда атомов. Дислокация образует в кристаллической решетке "лишнюю" неполную плоскость или полуплоскость, которая получила название экстраплоскости.
В 1856 году братья Вильям и Фридрих Сименс открыли принцип реконструкции существующих печей, обеспечивающий высокую температуру рабочего пространства. Он заключался в использовании тепла уходящих из печи газов для подогрева воздуха и газообразного топлива в специальных камерах, называемых регенераторами. Принцип Сименса позволил в печах с регенерацией тепла достигать температуры 1850 - 1900 °С. При такой температуре уже можно было получить жидкую сталь с очень малым содержанием примесей.
В 1926 году А.М.Игнатьев изобретает самозатачивающиеся токарные резцы. Каждый резец состоит из
Аналогичный способ производства мечей применялся и германцами. Стальной порошок перед сваркой подмешивался в корм птицам. Процесс пищеварения способствовал равномерному окислению порошка, а взаимодействие с птичьим пометом, содержащим азотсодержащие органические соединения, приводило к его упрочнению. Полученный ковкой или сваркой из такого порошка сварочный булат обладал высокими свойствами, поскольку частицы железного порошка, из которых он был "спечен", имели твердые, износостойкие карбидные или нитридные оболочки и пластичные, вязкие сердцевины.
Одна из проблем, которую надо решить для эффективного использования волокон, - это проблема хорошего сцепления твердых и прочных нитевидных кристаллов с мягкой и пластичной металлической матрицей. Разрешима ли эта проблема? Оказывается, да! Недавно было найдено, что покрытие из сплава железоникелькобаль- тового сплава, нанесенное на поверхность нитевидных кристаллов сапфира вакуумным напылением, обеспечивает достаточно прочное сцепление волокон этого материала со сплавом никель - палладий. Установлено также, что предварительная обработка поверхности углеродных волокон или нанесение на них барьерного слоя металлов, карбидов или нитридов значительно улучшает их смачиваемость металлом матрицы, а следовательно, и прочность сцепления с ней.
Один из распространенных способов состоит в следующем. Тигель с эвтектическим сплавом нагревают до полного расплавления шихты, после чего его начинают опускать из зоны нагрева с постоянной скоростью вниз. При этом сначала затвердевает материал на дне тигля. В последующем фронт кристаллизации перемещается вверх со скоростью, зависящей от скорости вытягивания тигля и условий теплообмена. Теплоотвод регулируют путем выбора материала тигля, его формы, толщины стенок и дна. Осуществляемая таким образом направленная кристаллизация обеспечивает достаточно резко выраженную физически неоднородную структуру со строгой ориентацией твердых и мягкой фаз в пространстве. Не может быть сомнений в том, что, если бы П.П.Аносову предъявили такую структуру, он ее тотчас же назвал бы булатом ...
В производстве применялись чугунные волоки, с помощью которых процесс вытяжки тонкой проволоки был очень длительным ("канительным"). Применение алмазного инструмента затруднялось в связи с тем, что вплоть до конца XIX века производство волок из драгоценных камней было монополией западных фабрикантов, в основном французских и итальянских.
В процессе ковки разные слои булата "переплетаются", образуя естественный узор, характерный для этой стали. Узорчатая сталь обладает одновременно высокой твердостью, прочностью, вязкостью и пластичностью.
Научно установлено, что для того, чтобы композиционный материал имел оптимальные свойства, его структура должна отвечать определенным требованиям: в композиции должна быть достаточная объемная доля армированных волокон, каждое из которых определенной длины; обеспечена прочная связь между высокопрочными волокнами и мягкой матрицей, волокна должны быть строго ориентированы вдоль оси деформации, и отношение длины волокон к их толщине не должно быть больше некоторой критической величины.
Таким образом, дислокации могут сравнительно легко перемещаться под действием небольших напряжений. Это значит, что реальные металлы и сплавы деформируются постепенно за счет небольших смещений атомных слоев в области дислокаций. Говорят, что движение дислокаций напоминает движение гусеницы. При ее движении лишь у ограниченного количества атомов нарушаются связи.
Но вместе с фосфором окисляется и хром, а оксиды хрома, переходя в шлак, делают его вязким, неактивным. Это затрудняет технологию выплавки стали, увеличивает время плавки, повышает стоимость стали. Металлурги так и не нашли оптимальной технологии выплавки обычной стали на основе халиловских природно-легированных чугунов.
В последнее время в Дели из-за большого движения автотранспорта в атмосфере наблюдается обычное для промышленных городов содержание водяного пара и других агрессивных газов. В такой атмосфере коррозионные свойства колонны во многом определяются составом сплава, из которого она изготовлена. Как мы увидим в дальнейшем, стойкость колонны в атмосферных условиях, очевидно, объясняется повышенным содержанием в железе меди и фосфора.
Кроме кислорода "злостным" врагом металла является водород. Этот летучий враг в некоторых случаях коварнее и опаснее коррозии. Такое открытие сделали советские ученые Д.Гаркунов и А.Поляков.
Еще в глубокой древности люди знали о свойствах высокопористых сосудов охлаждать залитую в них жидкость, которая в знойный день в таком сосуде оставалась холодной. Это удивительное явление объясняется тем, что жидкость, просачиваясь через поры сосуда, интенсивно испаряется и этим самым отнимает у его стенок тепло. Сегодня это свойство пористых материалов используют в испарительных и охлаждающих элементах камер сгорания реактивных двигателей, пористых насадках криогенных газовых машин, охлаждающих гелий, и других устройствах для охлаждения газов и жидкостей. Применение пористых железных катодов вместо гладких литых
Впервые спеченный твердый сплав для режущего инструмента был получен на основе порошков монокарбида вольфрама и кобальта в 1923 - 1925 годах германской фирмой "Осрам" по патенту немецкого инженера Шрёттера. В 1926 году промышленное производство таких сплавов под названием "видиа" (от немецкого "wie Diamant" - " как алмаз") было начато фирмой Круппа. Сплав "видиа" оказался очень хорошим материалом для металлорежущих резцов, наконечников для напайки на сверла, пластинок для фрез, пил, зенкеров и разверток. Благодаря новому композиционному материалу оказалось возможным обрабатывать резанием такие стали и чугуны, из которых раньше можно было получать изделия только ковкой или литьем. Этот материал, как в свое время быстрорежущая сталь, произвел революцию в машиностроении.
Что же такое коррозия? Под коррозией понимают разрушение металлической поверхности под влиянием химического или электрохимического воздействия окружающей среды. Такое воздействие на железо в атмосферных условиях называют также ржавлением, которое является самым опасным врагом стальных конструкций. С 1820 по 1923 год в мире было произведено более 1700 миллионов тонн стали; 718 миллионов тонн готовых конструкций из нее за это время было потеряно от разрушительного действия коррозии. По данным Научно-исследовательского физико-химического института имени Л.Я.Карпова, потери от коррозии и затраты на борьбу с ней в нашей стране достигают почти 15 миллиардов рублей в год. Ежегодные потери металла от коррозии составляют около 14 миллионов тонн, причем только около двух третей прокорродировавшего металла удается использовать повторно в качестве металлолома, одна треть теряется безвозвратно.
Наиболее стойкими к коррозии, как известно, являются благородные металлы, такие, например, как золото и платина. Высокая коррозионная стойкость этих металлов объясняется их атомным строением. Они принадлежат к элементам, которые имеют большое число электронных оболочек, и все, вплоть до самых наружных, заполнены электронами.
97
Подобное железо находили в Западной Европе. Так, в Стокгольмском соборе Сторкиркан, построенном во второй половине XV века, бронзовое "семисвечье" поддерживает железный стержень. Длина его 3,5 метра, поперечное сечение у основания 50 х 50 миллиметров. Стержень изготовлен из отдельных кусков кричного железа, сваренных горячей ковкой под силикатным шлаком. На стержне до сих пор не замечено ржавчины.
В СССР в шестидесятых годах Е.М.Савицкий с сотрудниками получил нитевидные кристаллы почти всех тугоплавких металлов. В настоящее время получают нитевидные кристаллы чистых металлов размером 2 — 10 миллиметров и толщиной от 0,5 до 2,0 микрон, практически лишенные дефектов кристаллической решетки. Эти монокристаллы обладают прочностью, близкой к теоретической.
Как же из платины чеканить деньги? П.Г.Соболевский и его коллега В.В.Любарский нашли способ. Платину растворили в царской водке (смеси азотной и соляной кислот), добавили хлористый аммоний и после этого выделили металл из раствора в виде комплексной соли. Прокаливая эту соль на воздухе, можно было получать платиновую губку, которая легко размалывалась в порошок.
В последнее время получают распространение безвольфрамовые твердые сплавы на основе карбида титана с никелемолибденовой связкой. Сравнительно дешевый и недефицитный карбид титана в ряде операций обеспечивает достаточно высокую стойкость режущего инструмента. Несмотря на это, поиск путей повышения износостойкости режущего инструмента продолжается постоянно с тех пор, как человек научился обрабатывать металл.
Если стальную ванну перед присадкой феррохрома продуть кислородом, то можно поднять температуру до 1760 - 1800 °С. Такой нагрев ванны полностью обеспечивает расплавление ферросплава при содержании хрома в готовом металле до 18 - 20 % без последующего включения печи и поэтому металл можно после продувки кислородом вылить из печи в ковш и туда добавлять феррохром. Для более быстрого растворения ферросплава и обеспечения равномерного распределения хрома в стали ее продувают инертным газом - аргоном. Этот удобный и простой способ получения коррозионностой- ких сталей с содержанием углерода 0,02 - 0,04 % нашел сегодня широкое применение.
Получение конструкционных деталей из порошковых сталей включает следующие операции: получение железных порошков и порошков легирующих металлов, приготовление из них порошковой шихты с заданным химическим составом и крупностью, прессование (формование) порошковой шихты для получения заготовок (прессовок) заданной формы и размеров и их спекание. После холодного формования механические свойства заготовок очень низкие. Для повышения механической прочности и придания изделиям необходимых физико-химических свойств сформованные заготовки спекают при температуре ниже температуры плавления железа. Спекание производят в средевосстановительного газа (водорода), инертного газа(аргона)или в вакууме.
Сапфир - одна из форм существования оксида алюминия. Нитевидные волокна сапфира получают из расплавленного оксида алюминия. Устройством для вытягивания волокон служит молибденовый капилляр, укрепленный на дне молибденового тигля. Расплав оксида алюминия при температуре плавления 2050 °С поднимается по капилляру, захватывается затравкой, с помощью которой вытягивается волокно. Вытягивание волокон диаметром 0,1 - 0,5 миллиметра производится с достаточно большой скоростью. Прочность сапфировых волокон при растяжении достигает 2600 мегапаскалей.
Многие физики ставили опыты, целью которых было обнаружение дифракции рентгеновских лучей на чрезвычайно тонких щелях. Но разве мыслимо искусственно создать дифракционную решетку путем нанесения штрихов, удаленных на расстояние, соизмеримое с размером молекулы?
Схема получения этой стали состоит в следующем. Сталь нагревают до температуры растворения цементита (карбида железа) в аустените со скоростью, исключающей выравнивание концентрации углерода в твердом растворе. Другими словами, в тех зонах аустенита, где растворялись карбиды железа, содержание последних значительно выше средней концентрации их во всем обьеме аустенита. Поэтому после того, как осуществляют деформацию аустенита с неравномерно распределенным в нем углеродом со степенями обжатия, обеспечивающими направленное выделение из него карбидной фазы при охлаждении, получается направленное распределение частиц цементита в ферритной матрице.
Основное количество коррозионностойкой стали и сплавов выплавляют в дуговых электроплавильных печах. В этих печах тепловая энергия для нагрева стали поступает от электрической дуги, образующейся между графитовыми электродами и шихтой. В период плавки стали углерод из электродов в небольших количествах переходит в сталь, науглероживает ее. Этот процесс идет наиболее интенсивно при плавлении металлического хрома или феррохрома, который присаживают в печь для легирования стали.
Способы производства эвтектических композиций были разработаны только в начале 50-х годов XX столетия, когда удалось при помощи направленной кристаллизации получить эвтектический сплав волокнистой структуры.
Давно известно, что дисперсная (очень мелкая) фаза упрочняет сплав. Так, например, твердые дисперсные частицы цементита (карбида железа) упрочняют обычную углеродистую сталь. Высокая прочность никелевых жаропрочных сплавов в большинстве случаев обеспечивается наличием упрочняющей фазы - мелких частиц интерметаллического соединения никель-алюминий или никель-титан. Поэтому с увеличением в этом сплаве содержания алюминия и титана повышаются его механические свойства.
При трении всегда выделяется водород. Причин тому много. Главная из них - легкость переноса протона. В зоне контакта смазка, топливо, пластмасса и другие углеводороды или просто вода из воздуха могут выделить водород. Он не распространяется по всему объему детали, а сосредоточивается в зоне нагрева слоя стали при трении. Создается так называемая гидридофильная - во- дородолюбивая - зона, которая в десятки раз интенсивнее поглощает водород, чем не подвергнутая трению.
Вдруг коту захотелось развлечься. Он прыгнул и столкнул на пол стоящие рядом бутыли. Жидкости смешались, и сразу же появилось облако сине-фиолетового пара. Ученый понял: это дал о себе знать новый, тогда еще безымянный элемент. Так был открыт иод.
Поиски решения этой проблемы все же привели к желаемой цели. В качестве основы для решения задачи была выбрана современная теория о связи физических свойств твердых легированных сплавов с их свойствами в жидком (расплавленном) состоянии. Как вы уже знаете, металлы - кристаллические вещества, и свойства затвердевшего сплава зависят от расположения атомов легирующих элементов в его кристаллической решетке.
В тульском музее оружия хранится древний кинжал. Длина его клинка пятнадцать сантиметров, а ручка с головой быка - всего десять. Кинжал найден на Куликовом поле, время его изготовления относят к 1380 году.
Кристаллическая решетка складывается из элементарных кристаллических ячеек. Кристаллической ячейкой удобно изображать расположение атомов в кристалле. Например, в кубической объемноцентрированной решетке восемь атомов расположены в каждой из вершин куба и один на пересечении его пространственных диагоналей. Видеальной кристаллической решетке все ее узлы заполнены атомами, вернее ионами, а в междоузлиях расположен только электронный газ.
Среди металлов особое место занимает железо. В отличие от серебра, золота, меди и других металлов железо редко встречается в природе в чистом виде (метеоритное железо). Температура плавления железа 1539 °С. Сплавы железа с углеродом имеют более низкую
Если на алмаз поместить тонкую железную пластинку и нагревать ее до температуры выше 1000 °С в атмосфере водорода, то углерод начнет растворяться в железе и за счет диффузии двигаться в направлении поверхности пластинки. Достигнув ее, он "найдет" водород и, соединившись с ним, образует метан, который тут же покинет пластинку. Растворяя углерод алмаза своей нижней поверхностью и передавая его газу верхней, железная пластинка будет равномерно погружаться в алмаз. Скорость погружения (она же скорость резания) будет зависеть от температуры, толщины пластинки, состава, давления и скорости протекания газа над пластинкой. А форма образующейся в алмазе полости с вертикальными стенками будет полностью соответствовать выбранной
Есть сведения, что верхняя, недоступная человеку часть делийской колонны имела бронзовый оттенок, благодаря чему некоторые наблюдатели принимали даже материал колонны за медный сплав. Другие говорят о синевато-коричневой или синевато-черной пленке оксидов, покрывающей верх колонны. Таким образом, оксидные пленки на делийской колонне по своему внешнему виду очень напоминают защитную оболочку современной высокофосфористой атмосферостойкой стали.
Систематическое исследование стали под микроскопом побудило П.П.Аносова разработать технологию изготовления шлифов. Замечательно, что найденный Аносовым способ приготовления шлифов в основных чертах применяется до сих пор. И все-таки одна из типичных перлитных структур стали названа сорбитом, а не "аносовитом". В чем же дело?
Авторы противоположной гипотезы предполагали, что в атмосфере когда-то была повышенная концентрация аммиака и дождевая вода в Дели содержала азота больше обычного. Это обстоятельство в сочетании с субтропическим климатом Индии позволило якобы получить на поверхности колонны защитный слой нитридов железа. Другими словами, колонны были азотированы самой природой.
Аристотель, великий авторитет естествоиспытателей древности, написал в одном из своих сочинений, что у мухи восемь лапок. Этому свято верили почти две тысячи лет, пока кто-то из естествоиспытателей не удосужился пересчитать лапки у назойливого насекомого. Их оказалось шесть...
Итак, крупные открытия и изобретения почти всегда появляются тогда, когда авторы ощущают острую необходимость выдвинуть новую идею для решения практических задач. Весь исторический опыт развития науки свидетельствует о том, что важные открытия делаются при двух обязательных условиях: эти открытия должны быть подготовлены самим развитием науки и они должны обязательно быть необходимы производству.
может быть реальной силой лишь тогда, когда научные знания становятся достоянием широких масс рабочих, техников и инженеров. Вооруженные наукой, они могут постоянно совершенствовать производственные процессы, создавать новое оборудование, обеспечивающее высокое качество изделий, и значительно повышать производительность труда.
Таким образом, прочность металла повышается в двух случаях: когда в кристаллической решетке совершенно нет дефектов или плотность дислокаций достаточно велика.
Что же привело его к новому способу действия? Прежде всего воображение. Человек, как правило, воображает мост и обычные опоры. Именно опоры явились тем ориентиром, который в конце концов привел к организации нового типа опоры, соответствующего решению данной задачи.
Еще большее значение приобрел кислород для сварки металлов и сплавов. Благодаря своевременной организации полунения большого количества кислорода нашим машиностроителям удалось во время войны обеспечить производство необходимой военной техники.
Технический редактор О.Б.Маркова Корректоры О.М.Лебедева, Л.М.Зинченко Обложка художника Г.АМацыгина
Ученые долгое время искали новые, эффективные способы обработки алмаза. Один из таких способов, существенно упрощающий изготовление традиционных изделий из алмаза и открывающий новые возможности его обработки, разработан в Якутском филиале Сибирского отделения АН СССР. Он основан на явлении, давно известном металлургам, - растворении алмаза (углерода) в железе. Известно это явление очень давно, а вот применять его для резки алмаза научились совсем недавно. В чем же дело? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть строение и свойства алмаза. После этого читателю станет ясно, какие барьеры необходимо было преодолеть, чтобы заставить железо резать алмаз.
|
|
