Николай Жаворонков - Создано человеком
Есть, например, материалы, которые не нужно смазывать. Они и так способны побеждать трение. Их немного, пока что всего два - графит и дисульфид молибдена, но, как говорится, лиха беда - начало. Кому же по силам такое чудо из чудес?
Опять же химии.
И, наконец, третья ступень, ведущая к пьедесталу надежности, вибрация. Оказывается и ее грозную разрушающую силу можно заставить трудиться на "здоровье" машины. Опять же не без помощи химии.
В общем, решение проблемы из проблем машиностроения - высокой надежности - вполне реально, если, конечно, ему поможет химия.
И более того, достижения отечественной науки открывают перед создателями новых конструкций невиданную прежде возможность: используя современные методы расчета, заставить материалы не растрачивать в процессе работы свои прочностные качества, а становиться все более и более прочными. А это немыслимо без знания их физико-химических свойств, без конструирования деталей на молекулярном уровне. Машину сегодня, если использовать все достижения техники, можно и должно создавать супернадежную, легкую, не знающую износа.
Примеров тому немало. Взять хотя бы авиационную технику. Она и легка, и удивительно надежна. Или всем известный велосипед. Каких только конструкций его не бывает! И все в достаточной степени надежны. А вот вес у них разный. Прогулочный, например, в пять раз тяжелее трековых. В чем же дело? В том, что конструктор при создании последнего использовал мало металла и много полимерных и композиционных материалов. Но если кто-то думает, что цель применения их только в замене металлических деталей, в облегчении машины, то ошибается. Потому что с помощью новых материалов, создаваемых химией, сегодня решается прямо-таки фантастическая задача: деталь упрочняется именно в том направлении, в котором при работе она будет испытывать максимальную нагрузку.
Способ изготовления композитов для таких нужд избирается тоже соответствующий: армирующие волокна укладываются в наиболее выгодном для данной детали направлении, а матрицей служат металлы, полимеры и другие вещества и соединения. Производство материалов таким способом практически безотходно. А это чрезвычайно важно, ибо комплексное использование сырья одна из главных задач современной индустрии.
В качестве армирующих материалов в настоящее время применяются прочные волокна графита, бора, саифира, а матрицей служат легкие металлы и полимеры, карбиды и нитриды легких элементов. Над созданием таких материалов трудятся многие научные коллективы страны, а в практическом их внедрении заинтересованы все предприятия, избравшие для себя курс ускорения.
Все чаще используется в машиностроении и композит металл-резина, слоистая конструкция которого представляет собой "пирог" из тонких листов металла или проволоки и резины и прекрасно "гасит" шум и вибрацию.
Но как ни значимы, как ни важны для создания надежных машин композиты, металл все еще остается основой основ машиностроения, хотя и все чаще приобретает новые, не свойственные ему прежде свойства. В Институте машиноведения имени А. А. Благонравова АН СССР разработан, например, вибрационный способ закалки стали, резко повысивший ее прочность и пластичность.
Все чаще в металл, составляющий конструкционную основу машины, включают еще и другой низкоплавкий металл, который в случае необходимости, плавясь, заполнит образовавшуюся трещину в детали. А в результате произойдет нечто вроде самозалечивания машины.
Но еще более перспективны многослойные материалы, в которых чередуются металл и неметалл. Их теперь все чаще называют материалами Сандвичевой конструкции.
Детали и узлы, изготовленные из них, гораздо легче металлических и способны значительно смягчить динамические нагрузки.
Но не только материалы для узлов и деталей поставляет сегодня машиностроителям химия. Экономичное топливо, смазочные материалы - все это ее продукты. Если учесть, что практически все детали машины, совершающие . вращательное движение, закрепляются на подшипниках, станет очевидным, какой масштабности эта проблема. А если подшипник не подмажешь, то и с машины хорошей работы не спросишь. В общем, без смазки обойтись очень трудно.
Трудно, но все-таки нужно! И опять же этот сюрприз машиностроителям преподнесла химия, подсказав им, где именно следует искать управу на трение. Сегодня фторопластовые подшипники (а именно фторопласт-4 рекомендовала химия) почти вдвое увеличили долговечность узлов трения в мощных БелАЗах, и они же достойно представили химию в текстильной и пищевой промышленности.
Да, химия трудится в поте лица. И не только на машиностроение. Поверьте уж на слово: она действительно, как говорил М. В. Ломоносов, "широко простирает руки свои в дела человеческие". Чем глубже проникает наука в природу вещей и явлений, тем сильнее, могущественней она становится. И тем труднее, крупномасштабнее задачи приходится ей решать. А это значит, что к традиционно химическим специальностям все прибавляются новые. И нет конца этому обновлению. Вот почему призыв "мы вас ждем" и не исчезает с повестки дня.
Нет на свете науки прекраснее химии и нет профессии нужней, чем специальности химиков. Можете мне поверить, друзья!
Похвальное слово химии
Сегодня, завтра, всегда
Композиционные материалы, их свойства и особенности определяют в наши дни эффективность любых конструкций, от автомашин, самолетов до морских судов и космической техники. И это, я думаю, понятно каждому.
Но почему композиционные материалы, создаваемые с заранее заданными свойствами, нередко удивляют и разочаровывают своих творцов, ломая их замыслы и расчеты, - загадка посложнее. Причем решается она каждый раз по-своему. Однако три заданных компонента должны в ней присутствовать обязательно. Потому что среди многих свойств конструкционных материалов эти три имеют уникальное значение: прочность (способность сопротивляться растягивающим нагрузкам), модуль упругости (жесткость, которая определяет устойчивость конструкций при воздействии сжимающих нагрузок) и, наконец, плотность материала, его удельный вес.
Каждое из этих качеств не просто важно само по себе, но оно еше важно и своим влиянием на другие слагаемые уникальных свойств композита. Об эюм мы всегда обязаны помнить. Вот почему, приступая к созданию нового конструкционного материала, ученый обязательно прикинет, какие главные свойства будут в нем определяющими, и заложит в расчетах удельную прочность и удельный модуль упругости (прочность и модуль упругости, поделенный на удельный вес материала). Нужно сказать, что к качественным показахслем будущего композита предъявляются самые жесточайшие требования, и величина удельной прочности и жесткости, закладываемые в расчеты, измеряются в километрах.
Чтобы представить воочию соотношение сил, влияющих на качество проектируемого материала, вообразим свободно висящий канат. Он разорвется под тяжестью собственного веса, когда достигнет длины, отвечающей удельной прочности материала, из которого данный канат сделан.
Дело в том, что история конструкционных материалов представляет собой поиск композитов, способных в соответствующих условиях кристаллизации или аморфизации выявить оптимальные режимы их обработки и деформирования. Другими словами, конструктор стремится все к большему выражению удельной прочности и жесткости создаваемого им материала.
Но у разных конструкций свои требования к материалам. Часто очень специфичные. Еще бы! Ведь одним из них придется трудиться при очень высоких температурах.
Другим, наоборот, надо выдерживать низкие температуры, близкие к абсолютному нулю. Третьим - противостоять вибрационным нагрузкам, возникновению усталостных трещин. Четвертым, наконец, предписано проявлять высочайшую коррозионную стойкость.
А это значит, что свойство материалов необходимо постоянно совершенствовать. А насколько эта работа результативна, можно судить хотя бы по таким примерам: в довоенном 1940 году прочность самых высококачественных сталей равнялась 110-130 кг/мм2, в 1985-м - уже 200-250. Произошли соответственно и изменения в прочности алюминиевых сплавов. Они сегодня обладают прочностью в 40 кг/мм2, а сплавы отдельных назначений - даже в 70 кг/мм2. Известны и данные ежегодного прироста прочности. Для стали они (за тот же период 1940-1985 годов) - 4 кг/мм2, для алюминиевых сплавов - 0,6 кг/мм2.
В общем уровень характеристик конструкционных материалов у нас в стране и за рубежом достаточно велак. У стали он, например, 25-32 километра (такова единица измерения) по прочности и 2500-2600 километров по модулю упругости, примерно такие же показатели и у алюминиевых сплавов.
Достаточно сопоставить эти числа, чтобы выявить нечто парадоксальное: показатель по модулю упругости и для стали, и для алюминиевых сплавов один и тот же.
