Борьба за скорость
Шрифт:
Как же быть? Образец из нового, высокой прочности сплава сдаст экзамен на «отлично». А за сделанную из того же самого сплава деталь сложной формы ручаться нельзя.
«Где тонко, там и рвется», — говорит пословица. И бывали случаи, когда в таком «тонком», опасном месте и рвались валы турбин, разлетались на куски быстроходные электромоторы и центрифуги.
Теперь, пожалуй, не покажется преувеличением утверждение ученых, что ответ на вопрос, почему отличаются по прочности образец металла и деталь из него, — это одна из важнейших задач современной техники, техники больших скоростей,
Намечаются и используются пути борьбы с вредными «скоплениями» напряжений.
Конструкторы так проектируют машину, чтобы не было резких переходов — от большей толщины к меньшей, от одной формы к другой. Плавные переходы вместо резких, закругленные формы вместо острых. Избегать скопления, концентрации напряжений — таков девиз конструктора.
Идя таким путем, лишь сравнительно немного изменив конструкцию одного электромотора, конструкторы получили возможность увеличить нагрузку в полтора раза без вреда для машины.
Технологи находят способы увеличивать прочность поверхностных слоев металла. Упрочняя поверхность детали, они делают металл более выносливым, как бы «бронируют» его. Не усложняя состава сплава, говорят они, мы делаем его более стойким.
И техника широко применяет сейчас различные способы повышения прочности, которые помогают бороться с вредным влиянием концентрации напряжений.
Рядом с опасным местом, за которое боятся больше всего, делают надрез. Это покажется с первого взгляда странным: вместо того чтобы повышать прочность, ее нарочно уменьшают, да еще как! Рядом с какой-нибудь большой выточкой делают выемку, как будто намеренно портя деталь.
Замечено, что даже клеймо, которое ставят на готовую деталь из прочного сплава, вредит ей. Оно может стать тем самым тонким местом, которое рвется: с него начнется разрушение. Поэтому вместо клейма принятую деталь контролер отмечает особыми чернилами.
Место, где есть углубление, трещина, выемка, — это ранка, которая может перерасти в язву.
Так почему же нарочно портят деталь?
Оказывается, выемки служат для «отвлечения» напряжений от самых опасных мест. Они принимают на себя удар и тем самым понижают напряжение там, где опасность всего сильнее. Верно говорят, что клин клином вышибают. Конечно, их делают не произвольно, а так, чтобы и в самом деле не повредить детали. Такие выемки, надрезы именуют «разгружающими».
Одной лишь прочностью не ограничиваются требования конструктора к материалу. Яркий пример тому — самолет.
Нигде, пожалуй, так остро не стоит вопрос о легкости материала, как в авиации.
Прочным, но легким должен быть материал крылатой машины. В самолетостроении широко применяются легкие металлы.
Алюминиевые сплавы — основной материал у авиастроителей. Они почти в три раза легче стали. Прочность же их может быть такой, как у углеродистой стали. Они достаточно стойки против коррозии — врага металлов.
Еще более легки магниевые сплавы. Над тем, чтобы увеличить их прочность и стойкость против коррозии, работают сейчас металлурги. Они создали для авиации сплав «электрон» — из магния, цинка, алюминия и марганца. Они создадут и еще более легкие,
Таков, например, бериллий — легкий, стойкий, прочный металл для авиации завтрашнего, а отчасти уже сегодняшнего дня.
«За бериллием будущее! Геохимики, ищите новые месторождения в гранитных массивах нашей страны! Химики, научитесь отделять этот легкий металл от его спутника алюминия! Технологи, сделайте легчайшие сплавы, не тонущие в воде, твердые, как сталь, упругие, как резина, и стойкие, как платина!» — говорил академик Ферсман.
Сверхлегкие, сверхпрочные, сверхстойкие, сверхжароупорные сплавы для сверхбыстроходных машин создадут советские металлурги.
В новой, высокоскоростной технике применяются не только металлические, но и неметаллические материалы.
Пластмассы сейчас распространены так широко, что это даже дало повод назвать наш век — век радио, электричества, атомной энергии — веком пластмасс. Изделия из пластмасс мы встретим всюду: на нашем письменном столе и на одежде, в комнате и на улице.
И в машиностроении, в быстроходных машинах пластмассы находят свое место. Вот лишь один пример наиболее частого применения пластмасс.
Слыхали ли вы, с каким лязгом срабатывают зубчатые шестерни, когда шофер грузовика включает передачу?
Шум при работе зубчатых шестерен растет с ростом скорости. Возникла новая проблема — борьба с шумом быстроходных передач. Они есть, например, в станках. С каждым годом все больше и больше станков у нас переводится на скоростное резание металла. Поэтому и задача не из таких, чтобы про нее забыть.
Она решается разными путями. Один из путей — бесшумные шестерни из пластмассы.
Легкая, но прочная шестерня из пластмассы допускает на больших скоростях передачу больших нагрузок. Это кажется парадоксом — пластмасса прочнее стали, но это так.
Пластмасса в несколько раз легче чугуна или стали, поэтому она меньше подвержена действию центробежной нагрузки при вращении. И пластмассовые шестерни, как и части подшипников, мы встретим в быстроходных машинах.
Если говорить о такой быстроходной машине, как самолет, то в нем мы встретим много деталей из пластмассы.
Стекло в кабине, которое не разбивается от удара, и ручка управления, лопасть воздушного винта и детали электрооборудования, баки для масла и бензина и очень многое другое делаются из пластмасс.
Все больше и больше проникают в технику изделия, изготовленные спеканием и прессованием металлических порошков. Таким же способом готовят изделия из керамики, скажем, кирпичи. И способ этот назвали металлокерамикой. Его применяют для приготовления твердых сплавов.
Растет прочность сплавов — труднее их обрабатывать. Резать металл можно лишь резцом из более стойкого металла. Нельзя резать той же сталью, которую нужно обработать.
Простую, обычную сталь можно резать инструментальной, легированной сталью, содержащей повышенное количество углерода и другие элементы. Но прочность сплавов все растет. Появились быстрорежущие стали. Однако и их твердости не всегда хватало, чтобы резать новые прочные сплавы.