Металлы под высоким давлением

Развитие физики высоких давлений теснейшим образом связано с развитием теории твердого тела и технологии металлургии и машиностроения. Уже сейчас синтезом под давлением получают совершенно новые материалы с прочностью, заметно превышающей все известные значения. На их основе созданы многоступенчатые конструкции, допускающие работу с давлениями около 1 ат и более.

Исследования превращений при высоких давлениях позволяют получить вещества с необычными свойствами.

При этих условиях резко меняется качество металлов. Например, при ударном сжатии под давлением до 9 млн. ат плотность железа возрастает вдвое. Энергия, накопленная в железе, при таком ударном сжатии в шесть раз превышает энергию взрыва тротила. Под давлением 133 ат электросопротивление железа возрастает в 3,5 раза.

Гидропресс. Штамповка взрывом

Важным техническим достижением является обработка металлов пластической деформацией при высоких давлениях. Разработан метод гидроэкструзии - непрерывного выдавливания под действием жидкости. Полученная чистая поверхность не требует никакой дополнительной обработки. Происходит улучшение механических свойств металла - растет как предел прочности, так и пластичность. Увеличение пластичности под давлением используется при обработке хрупких материалов. Применяя экструзию в среде с противодавлением, удалось получить сверла из инструментальной стали.

Использование высоких давлений входит в практику металлургии и металлообработки. В 50-х годах XX в. в ряде стран появились прессы усилием 20-35 тыс. тс, а в США-50 тыс. тс. В СССР построены и по сей день не имеющие себе равных в мире прессы усилием 75 тыс. тс.

"Не будет преувеличением, если я скажу, что парк мощных прессов, которыми располагает страна, в известной мере характеризует ее промышленный уровень, ее технический потенциал". Эти слова академика А. И. Целикова как нельзя лучше характеризуют значение мощных гидравлических прессов.

СССР - один из крупнейших в мире изготовителей металлообрабатывающего оборудования и инструмента. Это было убедительно показано на выставке кузнечно-прессового оборудования "Пресс-75" в Москве.

Появляются новые конструкции прессов. Уралмашевские изобретатели предложили вертикальный гидравлический штамповочный пресс усилием 50 тыс. тс с горизонтальным прошивным устройством усилием 20 тыс. тс (пресс в прессе). Эта уникальная машина имеет ряд оригинальных решений.

В Институте физики высоких давлений АН СССР смонтирован суперпресс, способный развивать усилие в 50 тыс. тс. Такого агрегата нет ни в одном научном учреждении мира. О его масштабах дает представление масса отдельных узлов - до 100 тс. Пресс используют для проведения научных исследований.

Высокие давления помогли металловедам разработать новый метод, позволяющий улучшить важные свойства металлов и сплавов. Например, повышена прочность алюминиевых, медных и железных сплавов и их пластичность.

Управлять свойствами сплавов ученым помогли многолетние исследования конечных процессов их затвердевания. В таком состоянии металл под микроскопом похож на многочисленные островки - кристаллы. Они как бы омываются расплавленным металлом, за счет которого и растут. Однако наступает момент, когда поступление жидкого расплава в промежутки между кристаллами прекращается и образуются пустоты - очаги разрежения. В эти пространства и начинают втягиваться газы, неметаллические включения, образующие сложную систему межкристаллических дефектов. Чтобы избежать образования пустот, значительно снижающих физические свой-ства металла, ученые принудительно под давлением вводят добавочный жидкий расплав.

За рубежом и в СССР начинают широко применять обработку металлов импульсными нагрузками. Давление, создаваемое взрыванием зарядов взрывчатых веществ, мощными магнитными полями, взрывающимися проволоками и дуговыми разрядами в жесткой передающей среде, позволяет осуществить такие процессы обработки металлов давлением, которые трудно или вообще невозможно осуществить на кузнечно-прессовом и прокатном оборудовании.

Что может взрыв? Очень многое. Хотя бы обработать металл. Взрывным наклепом упрочняют сердечники стрелочных переводов - едва ли не самые уязвимые места железнодорожных путей.

Несколько лет назад в кузнечном цехе Омского моторостроительного завода им. Баранова создали специальный участок для освоения штамповки металла методом взрыва. Здесь установлена пресс-пушка. Уже при первых экспериментах новый процесс показал большие преимущества перед штамповкой.