книги из ГПНТБ / Муслин Е.С. Металл меняет форму

ни поливают бенгальским огнем колесные бандажи, периодически очищая их от загрязнений. Специальные сопла вдувают под электроды запасенный в баллонах водород, помогающий восстановить окисную пленку.

А для очистки поверхности рельсов искровую установ­ ку ставят на особую медленно движущуюся платформу.

Генератор электроимпульсов собирают на электрон­ ных лампах, полупроводниках или на сопротивлениях, емкостях, конденсаторах. Электроды, чтобы они меньше изнашивались, делают из тугоплавкого медно-вольфра­ мового сплава, обладающего высокой теплопроводно­ стью и высокой теплоемкостью. Наконец, электроду и очищаемой поверхности нужно придать такое взаимное движение, чтобы искры, как электронный луч в телеви­ зоре, последовательно прожгли каждую точку.

Шаблон в гальванической ванне

Как в 4—5 раз снизить расход никеля при ремонте

«...Фигура собачки стояла на столе в гараже. Старень­ кая статуэтка, одна лапка отломана. И эта лапка вы­ росла заново! Я сам видел это! Каким-то неведомым чутьем микромалютки ощущали направление граней сломанных кристалликов чугуна и достраивали их. Когда статуэтка рождалась из огненного сплава, ее про­ низывали силовые линии земного магнитного поля, в ней возникали силы натяжения, давления, сдвига микрочас­ тиц, слипавшихся в одно целое. Металл остыл, по за­ печатлел и сохранил следы этих сил. Теперь микробыстроители шли по незримым следам, двигались вдоль замерзших силовых линий. Они достраивали скульптуру, создавая исчезнувшее, восстанавливая потерянное...».

Так описывали писатели-фантасты чудесных бакте­ рий, возвращавших изношенным или сломанным дета-

310

лям первоначальную форму. К сожалению, на самом деле таких бактерий еще не существует и ремонтировать детали приходится более прозаическими способами, на­ пример наращивать недостающий слой гальваническим хромированием или химическим никелированием. Элект­ рические заряды не хуже бактерий осаждают металли­ ческие ионы, но, в отличие от сознательных малюток, делают это без учета первоначальной формы изделия. По этой причине и у нас и за рубежом в технологию ремонта приходится включать две дополнительные опе­ рации. Изношенные валики, например, сначала обтачи­ вают на станке, чтобы придать им постоянный диаметр, и только потом опускают в гальваническую ванну. После ванны их снова приходится ставить на станок, теперь уже чтобы снять лишний, неравномерно отложившийся ме­ талл, а также чтобы придать поверхности требуемую чистоту.

Как видите, технология не очень-то рациональная. Сначала мы сами увеличиваем предстоящий объем ра­ боты, а потом еще вынуждены выполнять ее с большим запасом, перерасходуя никель и хром.

В Омском институте инженеров железнодорожного транспорта инженером В. А. Черенковичем успешно испытан простой и остроумный способ, позволяющий восстанавливать детали с неравномерным износом без всякой механической обработки. Воспользовавшись им, вы снизите стоимость ремонта примерно вдвое и израс­ ходуете в 4—5 раз меньше химикатов.

Способ основан на том, что скорость осаждения нике­ ля можно менять в широких пределах, меняя количество раствора, приходящееся на единицу поверхности ремон­ тируемой детали. Прежде чем погрузить в ванну изно­ шенный валик, его помещают в шаблон — гильзу из инертного материала. Шаблон представляет собой втул­

311

ку, внутренний диаметр которой на несколько микронов больше, чем требуемый диаметр валика. Вдоль образую­ щей втулки прорезана узкая щель шириною в Г—2 мил­ лиметра. Погруженную в раствор втулку медленно, со скоростью 10—12 оборотов в минуту, вращают относи­ тельно заключенного в ней валика. Благодаря этому вращению к валику через щель поступают все новые партии обогащенного никелем раствора. Очевидно, за­ зор между втулкой и валиком будет больше в тех мес­ тах, где износ был сильнее. Значит, в этом месте на единицу наращиваемой поверхности придется больший объем раствора и отложение металла будет больше. Можно так подобрать ширину щели и число оборотов втулки, что скорость отложения будет прямо пропорцио­ нальна зазору. Через несколько часов валик примет строго цилиндрическую форму, и величина радиального зазора между ним и втулкой уменьшится примерно до 8 микрон. С учетом этого и выбирают внутренний диа­ метр втулки. Дальнейшее отложение металла практи­ чески прекращается, ибо раствор почти не просачивается через такой зазор. Если нужно восстанавливать не валы, а втулки, то вместо шаблона-гильзы берут шаблон-вал, вот и вся разница.

Метод омского инженера дает наибольший эффект при ремонте крупных деталей: штоков, цилиндров, плун­ жеров мощных гидравлических, пневматических и паро­ вых машин, втулок, барабанов, шатунных болтов и т. д. из углеродистых и легированных сталей, чугуна, алюми­ ниевых и медных сплавов. Точный размер экономии для всех случаев предсказать трудно, но вот только один пример из практики. Восстанавливалось шесть валов диаметром пятьдесят и длиной по пятьсот миллиметров. Благодаря шаблон-гильзе работу удалось сделать вдвое быстрее, а расход химикатов снизился впятеро.

312

Не снимая со станка

Электрохимическое устройство для заточки резцов

Чтобы станочник не терял зря времени, на передовых заводах введена централизованная заточка инструмента. Затупился, скажем, резец, токарь снимает его и ставит другой, а все резцы в цехе затачивает специальный ра­ бочий —■заточник. Однако оказалось, что и такой поря­ док не гарантирует большой производительности: при высокой точности обработки основное время уходит не на заточку, а на тщательную установку новых резцов. Избавиться от этой непредвиденной задержки можно воспользовавшись изобретенным в Швейцарии электроэрознонным устройством для заточки инструмента без снятия его со станка (швейцарский патент 357487). Устройство крепится болтами к станку и состоит из не­ большого резервуара с диэлектрической жидкостью, из которого выступает обрабатывающий электрод. Проса­ чиваясь через небольшую щель, жидкость все время смачивает электрод, затачивающий резцы.

Химическая пила

Териленовая нить разрезает детали из любых сплавов

Известна история об одном заключенном, который вырвался на свободу, перепилив стальную решетку в ка­ мере обыкновенной ниткой, вырванной из матраца. Он мочил эту нитку слюной и макал ее в пыль на полу. Абразивные частички, содержавшиеся в этой пыли, в кон­ це концов сделали свое дело. Подобный способ металло­ обработки при всей его медлительности обладает одним важным достоинством — он почти не оказывает усилий на обрабатываемый металл. А это очень важно, напри­ мер, для металловедов, которым нужны для исследова-

3 1 3

Закаляйся, как сталь

«...как погружает кузнец раскаленный топор или се­ киру в воду холодную, и зашипит с клокотаньем желе­ зо,— крепче железо бывает, в огне и воде закаляясь» — писал Гомер в «Одиссее» чуть не за тысячу лет до па­ шей эры. Вообще же о том, что сталь способна закали­ ваться, человечеству было известно с незапамятных вре­ мен, с тех самых пор, как оно начало применять этот металл.

Но физическая суть термообработки стала ясна менее века назад, после работ Д. Чернова. Сейчас термообра­ ботка переживает «вторую молодость». За 10—15 по­ следних лет она обогатилась множеством новых методов.

315

Появился фазовый наклеп, термомеханическая и термо­ магнитная закалка, способы упрочнения всевозможными проникающими излучениями: пучками электронов, пото­ ками ионов, нейтронов, гамма-квантов.

Однако физическая суть и главная цель всех этих про­ цессов едина: создавая множество очагов перенапряже­ ний, заставить одновременно работать против внешних сил как можно большую часть атомов и сделать тем самым металл прочнее.

Магнитная закалка

Магнитов поле улучшает металлографическую структуру

«Как ни садитесь, все в музыканты не годитесь»,— такова мораль известной басни Крылова. Однако неред­ ки случаи, когда изменение взаимного расположения влечет за собой самые разительные превращения. Так, если атомы углерода образуют октаэдр и расположены на одинаковых расстояниях друг от друга, то перед нами драгоценный алмаз, если же атомы сбились в беспоря­ дочные слои — то обыкновенный графит.

Что касается чугуна, стали, то от величины и взаим­ ного расположения кристалликов сильно зависит их прочность. Всего несколько десятков лет назад, когда металловеды этого еще не знали, прочность металла была намного меньше, чем сейчас. Машины строились тихоходными и неуклюжими.

Но вот металловеды научились улучшать кристалли­ ческую структуру стали и чугуна, охлаждая и нагревая металл, то есть подвергая его термообработке. Они на­ чали добавлять в него вольфрам, молибден и другие упрочняющие элементы. За последние сорок лет, напри­ мер, прочность чугуна и легких сплавов выросла прибли­ зительно в 10 раз. Без этих успехов мы не имели бы

316

теперь ни убегающих чуть ли не на километровую высо­ ту телевизионных башен, ни сверхмощных турбин, ни космических кораблей.

И все же возможности дальнейшего повышения проч­ ности материалов не исчерпаны. До ее теоретического предела, вычисленного физиками, еще далеко. И ученые изо дня в день штурмуют дорогу к этому запрятанному в недрах вещества кладу.

Глубокий прорыв на фронте борьбы за прочность сде­ лал недавно советский изобретатель Марк Львович Бернштейн, доцент Московского института стали и сплавов. Его изобретение позволяет повысить прочность стали ни много, ни мало — в полтора-два раза! Деше­ вые углеродистые стали, обработанные по способу Берн­ штейна, смогут соперничать с дорогостоящими легиро­ ванными. Представьте, какие огромные выгоды сулит это народному хозяйству.

Чтобы улучшить внутреннюю структуру стали, нужно как можно мельче раздробить кристаллики, из которых она состоит. Это и есть цель обычной термообработки — прокатки, проковки. Однако, как ни старайтесь, сила ударов, температура и скорость охлаждения в разных точках детали будет разная. Это влечет за собой неод­ нородность, намного ухудшает конструкционные каче­ ства металла.

Метод Бернштейна свободен от подобного недостатка. Он гораздо тоньше всех прежних способов.

Известно, что любое ферромагнитное тело, помещенное

в магнитное поле, слегка меняет свои размеры, «дышит»

скаждым изменением поля. Это явление называется магнитострикцией. Так вот изобретатель и помещает сталь­

ную болванку в мощное магнитное поле, измеряемое мно­ гими тысячами эрстед. Стальные кристаллики начинают беспокойно ворочаться, толкать и дробить друг друга.

3 1 7

При этом достигается исключительно тонкое измельчение структуры. «Магнитная ступка» стирает кристаллы бук­ вально в порошок. Поэтому-то сталь не только упрочняет­ ся, по и сохраняет свою гибкость, пластичность. А зна­ чит, изделия из нее не будут хрупкими, ломкими, склон­ ными к растрескиванию. Коэффициенты запаса, которые инженеры образно называют коэффициентами «незна­ ния», можно будет намного уменьшить. Машины станут еще легче и быстроходнее, мосты и телевизионные баш­ ни — ажурнее, тракторы и комбайны — надежнее.

Упрочняющая косметика

Изобретена термохимическая паста, позволяющая без всяких печей насыщать наружные слои металла легирующими элементами

Чтобы кожаная обувь не промокала, ее смазывают водоотталкивающей мазыо, чтобы деревянные телеграф­ ные столбы не гнили, их пропитывают особым составом, то есть подвергают определенной химической обработке. Точно так же можно поступать и с металлом. Насыщая поверхностные слои чугунных и стальных деталей алю­ минием, мы повышаем их жаростойкость, бором — кор­ розионную стойкость и твердость, азотом — износоустой­ чивость и т. д. Но в отличие от кожи и дерева металл не удовлетворяется уже чисто химической обработкой, ему подавай химико-термическую. А для этого нужны нагре­ вательные печи, ванны с жидким расплавом, газовые атмосферы сложного химического состава, вращающие­ ся барабаны и другие механизмы. Производственники охотно идут на эти затраты, поскольку эффект, даваемый химико-термической обработкой, достаточно велик.

Так, в результате алитирования — насыщения метал­ ла па глубину порядка одного миллиметра атомами алю-

318

мипия — стойкость металла при 1000° С возрастет в 6—7 раз, а при 800° С — в 20 раз. Это объясняется тем, что алюминий, окисляясь сам, образует защитную плен­ ку, предохраняющую металл от дальнейшего окисления. Перед алитированием детали тщательно очищают от ржавчины и загружают в стальные ящики пли вращаю­

в ванну с расплавленным алюминием. Газовое алитиро­ вание еще сложней. Обычно алитированию подвергают трубы пароперегревателей, колосники угольных топок и т. д.

Для борировання, существенно повышающего твер­ дость, коррозионную стойкость, жаропрочность н износо­ устойчивость, изделия приходится выдерживать по 5— 10 часов в ящиках с боросодержащим порошком при температуре порядка 1000°С или же прибегать к элект­ ролизу расплавленной буры.

Очевидно, что для колхозов, совхозов, мелких ремонт­ ных заводов и мастерских все это слишком сложно и дорого. Из-за этого им приходится отказываться от химико-термической обработки, которая могла бы им наверняка принести колоссальный технико-экономический эффект.

Доктор технических наук Владимир Ильич Просвирин и его аспирант Григорий Сергеевич Ломанов из Рижско­ го инженерного училища ГВФ недавно запатентовали изобретение, позволяющее воспользоваться выгодами алитирования, борировання, карбонитрирования и дру­ гих видов химико-термической обработки прямо в поле, без всяких печей, барабанов, ванн и высокочастотных установок (авторское свидетельство 171876).

319