Борис Ляпунов - Борьба за скорость

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.

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.

Электрорезка.

Интересно отметить, что чудесные вещества, помогающие резцу, разрушающие металл, могут и упрочить его.

В лаборатории П. А. Ребиндера наклепывали под слоем керосина металлическую поверхность. Стоило добавить лишь один грамм стеариновой кислоты на килограмм керосина, и твердость сначала падала, а потом увеличивалась.

Мелкозернистый металл более прочен. «Понизители твердости» облегчают измельчение зерен и тем самым способствуют упрочению поверхности металла при наклепе.

«Вот к каким практически важным результатам привело изучение открытых нами явлений, разыгрывающихся при действии активных веществ на внутренние поверхности микротрещин в твердом теле, — говорит академик Ребиндер. — Эти исследования приводят к уменьшению затраты энергии, ускорению процессов обработки материалов, улучшению качества и повышению твердости наружного слоя изделий и удлинению сроков службы инструмента».

Это особенно важно сейчас, когда скоростная обработка металлов широко применяется в нашей промышленности, когда движение скоростников приняло огромный размах.

Повышать скорость обработки металла — задача большой народнохозяйственной важности. Ведь широкое применение скоростного резания в нашей промышленности дает сотни миллионов рублей годовой экономии.

Резание металлов — одна из самых старых отраслей техники.

Как же шла и идет борьба за скорость резания?

Металл режут металлом. Резец — клин, врезаясь в металл, снимает стружку. Он «вгрызается» в металл, разрывает силы сцепления его частиц и скалывает кусочки с поверхности металла.

Резец может это делать потому, что он тверже обрабатываемого металла. И чем он тверже, тем быстрее можно резать. Но тем больше будет и трение, а следовательно, — нагрев резца.

Уже давно началось соревнование между инструментом и материалом, между металлом, которым обрабатывают, и металлом, который обрабатывают. Резцы должны быть тверже и прочнее.

Быстрорежущей назвали сталь для резцов, в которой есть вольфрам, хром, марганец и другие добавки. И действительно, с такой сталью скорость резания возросла в 6-10 раз, с 5-10 до 50–60 метров в минуту. Резец из простой углеродистой стали «садится», теряет твердость при 200–250°. Быстрорез — лишь при 550–600°. Его стойкость в два с лишним раза больше. Быстрорежущая сталь «самозакаливается», становится прочнее в работе.

Электросварка .

Сталь-быстрорез появилась в технике в начале этого века. С тех пор и до сегодняшнего дня служит она человеку. И не один быстрорез, а целое семейство быстрорезов обрабатывает металл.

Вольфрам, которого много в быстрорежущей стали, дорог. Так же, как в дорогих высоколегированных марках стали стремятся ввести более дешевые присадки, так находят заменители и быстрорезу.