Метали під високим тиском
Фізики застосовують для своїх апаратів високого тиску найбільш міцні сталі та надтверді сплави на основі карбідів вольфраму. Однак тиск, що розвивається всередині камер цих апаратів, іноді така велика (до 100 000 ат), що поки немає таких сталей, які змогли б витримати величезні напруги, що виникають при цьому в стінках камери. Але тут на допомогу вченим приходить саме тиск. Виявилося, що при високих тисках сильно зростає пластичність та міцність сталей та сплавів.
З'ясувалося, що не тільки механічні, а й електричні та магнітні властивості сталей та інших матеріалів суттєво покращуються, якщо піддати їх витримці при тиску 25 000 ат і більше. Сталь під таким тиском стає втричі міцнішим. Крихкий чорний чавун, фосфористі бронзи, берилій і навіть мармур робляться пластичними і поводяться як глина. Після зняття тиску корисні зміни властивостей частково утримуються матеріалом.
Проводилися дослідження властивостей матеріалів і за вищому тиску.
В Інституті фізики високих тисків АН СРСР, яким керує академік Л.Ф. Верещагін встановили, що при тиску в 10 000 ат метали стають текучими. При цьому вони як би облагороджуються - навіть найтендітніші метали набувають деякої пластичності. Міцність металів зростає у 2 – 2.5 рази. З'ясувалося, що під високим тиском можна видавлювати труби та прутки будь-якого складного профілю, причому з великою швидкістю – понад 100 м/сек. Досліди показали, що металеві труби, отримані в такий спосіб, досить міцні. Було проведено широкі дослідження з видавлювання різних кольорових та чорних металів.
У лабораторії Л.Ф. Верещагіна створено прокатний стан, що знаходиться у величезному резервуарі, заповненому рідиною під високимтиском. Оператор знаходиться в особливій кімнаті і стежить за роботою стану за показаннями контрольних приладів. Навіщо знадобилася ця «підводна» металургія?
Виявляється, у металі, що знаходиться в рідині під високим тиском, тріщини та раковини зникають, пори затягуються, розриви згладжуються. Вода заліковує не лише внутрішні вади металу. Вона усуває поверхневі рани та тріщини, що значно зміцнює метал. Ось чому й створили такий незвичайний прокатний табір.
Радянські вчені вирішили змусити воду не лише обробляти металеві листи, а й виготовляти з металів різні надміцні деталі та дріт. У тому ж інституті створено установку для отримання міцного і водночас вельми пластичного дроту. У ній дріт видавлюється через невеликий отвір у рідину, стиснуту до 8000 ат! Вона вдвічі міцніша за дроти, отримані звичайним волочінням. За допомогою тієї ж установки можна отримувати свердла та шестерні, труби та фасонні деталі. Для цього потрібно лише змінити робочий наконечник установки.
Нові методи відкривають небувалі можливості для техніки сьогодення та майбутнього.
Академік Л. Ф. Верещагін писав: «Якщо вдасться підвищити тиск, що розвивається гідравлічними компресорами, то використання ефекту тиску для поліпшення пластичності та підвищення міцності сталей стане реальнішим».
В Інституті фізики високих тисків самостійно підготували апаратуру, придатну для масового використання у промисловості. Там створили агрегат, що має продуктивність 25 л/год при тиску 16 000 ат. Швидкість видавлювання будь-якого складного профілю вже перевищила швидкість кур'єрського поїзда.
Високий тиск для обробки металів можна використовувати ще й інакше. Співробітники Інститутугідродинаміки АН СРСР під керівництвом В. В. Войцеховського побудували і в різних умовах випробували надпотужний водомет зі струменем, здатним чинити тиск понад 40 000 ат. Це цілком можна порівняти з тиском, що виникає під час вибуху. Потужну силу води передбачається використовуватиме вирішення важливого технічного завдання - зміцнення металевих виробів високим тиском.
Уральський інженер Б. Г. Козін винайшов спосіб обробки деталей, що не мають правильної геометричної форми - крихких та з чистою поверхнею. У звичайних способах зміцнення поверхні її наклепують - створюють у ній стискаючі напруги. Так, деталі типу валів накочують, обжимають їхню поверхню спеціальними твердими роликами. Листові ресори автомобілів, пружини, штоки молотів, наприклад, бомбардують сильним потоком дробу. Все це підвищує втомну міцність металу. Інженер Козін запропонував замість роликів та дробу використовувати воду. Плавно змінюючи тиск, можна отримати і такий струмінь, який би деталі не розрізав, але був би досить сильним, щоб ущільнити, наклепати їх поверхню не гірше за дробини. Для деталей з вуглецевих конструкційних сталей цілком достатньо 4 – 6 тис. ат. Необхідним обладнанням для цього є спеціальне сопло до високого тиску насоса.
У контейнер подається робоча рідина, тиск якої поступово підвищується. При досягненні певної величини тиску, що залежить від матеріалу заготовки та ступеня пластичної деформації, відбувається випресовування заготовки в отвір матриці. При такому способі пресування не витрачається робота на подолання тертя сил між металом і пуансоном з контейнером.
Загальновідомий факт, що вода під час замерзання розширюється, використовувала одна американська фірма для штампування деталей. Лист металупоміщають під матрицею заданої форми. Зверху накладають та закріплюють болтами опуклу кришку, під яку наливають воду. Усю конструкцію заморожують – вода перетворюється на лід, який, розширюючись, видавлює метал у матрицю як потужний поршень. Як стверджує фірма, така технологія дуже проста і придатна для виготовлення деталей з дуже міцних сплавів, що погано піддаються звичайним штампуванням.
Радянський інженер М. С. Курневич запропонував замінити сталевий штемпель. водою. Замість величезного преса тепер досить невеликий насос високого тиску - компресора. Рідина тисне на всі боки поступово; тому якщо в тоненькій трубці, з'єднаній з великою камерою, розвинути високий тиск (а на це треба мало зусиль), то такий тиск виникає і в камері.
Винахідники Л. Д. Гольдман, Д. І. Прозоров та А. І. Каголовський із Всесоюзного науково-дослідного інституту металургійного машинобудування запропонували пресувати пруток, згорнутий у спіраль, як пружина. Пресування за їх методом дозволяє вперше у світовій практиці, зрощуючи сталь та алюміній, отримати біметалічний дріт практично необмеженої довжини.
Таким чином, відкриваються нові шляхи оволодіння ще не використаними властивостями металу.
Використана публікація: Мезенін Н.А. Цікаво про залізо. М. "Металургія", 1972. 200 с. стор. 149 – 151.
Web-сайт "Терміст" (termist.com) Термомеханічне зміцнення арматурного прокату
Відсутність посилання на використаний матеріал є порушенням заповіді "Не вкради"