Творцы науки о металле

Федоров А.С.

Наука, 1969 г.

Скорость, давление, температура — вот три основных параметра, характеризующих технику XX в., во всяком случае ее важнейшие области. В наши дни к каждому из этих трех понятий прибавляется слово «высокий». Именно высокие скорости, давления, температуры сопутствуют теперь подавляющему большинству технологических процессов в промышленности и на транспорте. Все это заставляет предъявлять высокие требования и к металлам — основному материалу нашего времени.

Металлурги всегда заботились о качестве выплавляемых металлов. Однако в прошлом, когда машины и механизмы работали с небольшими скоростями, когда скорости на железнодорожном и водном транспорте были весьма умеренными, когда давления, развиваемые в паровых машинах или в технологических установках, не превышали нескольких атмосфер, а температуры редко доходили до 200—300°, слишком высокого качества от металлов практически не требовалось. Но так было, пожалуй, только до середины прошлого века.

Развивающиеся машиностроение и транспорт, рост потребностей военной техники, а затем появление двигателей внутреннего сгорания и электрических машин заставили металлургов обратить более серьезное внимание на качество металлов. Чистые цветные металлы — медь и цинк — и простейшие железоуглеродистые сплавы во многих случаях уже перестали удовлетворять предъявляемым требованиям.

Нужны были более совершенные металлические сплавы. В последние десятилетия минувшего века появились стали, в состав которых вошли легирующие элементы — вольфрам, хром, марганец, никель и другие, значительно повысившие механические и иные свойства (жаростойкость, антикоррозийность, кислотоупорность и т. д.) стальных сплавов.

Производственная практика все с большей очевидностью доказывала, что химический состав металлического сплава является не единственным, а во многих случаях далеко не главным фактором, определяющим качество стального изделия. Еще П. П. Аносов указал на влияние внутреннего строения (структуры) стали на ее механические свойства. Д. К. Чернов и его ученики разработали основные положения науки о строении металлов. Они показали, что, сознательно выбирая химический состав стали и соответствующие способы ее тепловой и механической обработки, можно в широких пределах влиять на свойства металлов и сплавов и даже создавать сплавы с наперед заданными свойствами.

Классическая металлография, возникшая в XIX в. как наука о строении металлических сплавов и основанная на изучении макро- и микроструктур, уже в конце того же столетия начала выходить за пределы старых рамок. Успехи физики, химии, кристаллографии, физической химии и других наук открыли огромное количество новых методов и средств изучения металлических сплавов, а также возможностей целенаправленно влиять на их свойства. На базе металлографии постепенно развилась более широкая область науки о металлах и сплавах, которая в 20-х годах нашего века стала называться металловедением. Старая металлография вошла в нее как составная часть.

Современное металловедение ставит своей целью не только изучить структуру и свойства металлических сплавов, определить их природу и выявить зависимость внутренних превращений и изменений от внешних факторов — температуры, давления, влияния окружающей среды и т. д. В задачу металловедения входит также изыскание новых сплавов, определение режимов тепловой, химико-термической и других способов обработки, чтобы получить материал с необходимыми для тех или иных производственных потребностей   свойствами.   Другими   словами, современное металловедение учит управлять строением и свойствами металлических сплавов.

Металловедение наших дней располагает хорошо разработанной теорией строения металлов и сплавов и многообразными методами практического исследования пх структуры и свойств. Здесь и методы классического металлографического исследования, начиная от визуального изучения вида излома до исследования отшлифованной и протравленной поверхности металла с помощью обычного металлмикроскопа. Эти старые методы металлографии развиты и углублены сейчас современными приборами, новыми средствами исследования. Для этого используются аппараты электронной и ультрафиолетовой микроскопии, рентгеноструктурный анализ, термический анализ и др.

В современном металловедении применяются методы исследования сплавов с помощью радиоактивных изотопов («меченых» атомов), ультразвука, осциллографии, микрокиносъемки структурных изменений, происходящих в сплаве при его тепловой и механической обработках, и т. д. Успехи металлофизики позволили связать важнейшие свойства металлов и сплавов с их атомно-кристаллическим строением. Именно атомно-кристаллическое строение в первую очередь определяет тепло- и электропроводность металлов, их пластичность, твердость и многие другие свойства. В последнее время, воздействуя на кристаллическую решетку, исследователи научились влиять на свойства металлических сплавов в сторону их повышения.

Характерно, что применяемые в наше время методы изучения металлов и сплавов позволяют исследовать их не только в статическом состоянии, но и выявить их кинетику, т. е. проследить структурные изменения в металле в процессе их протекания. Это намного расширило возможности активно воздействовать на внутренние процессы, происходящие в металлах во время тепловой обработки, химической, механической и др.

Огромную роль в изучении металлов и сплавов, так же, впрочем, как и большого количества других веществ и соединений, играет сейчас физико-химический анализ. Первые камни в фундамент этого стройного научного метода были положены М. В. Ломоносовым и рядом других выдающихся отечественных и зарубежных металлургов.