Введение

В этой книге речь пойдет о механических свойствах металлов - о их способности сопротивляться нагрузкам в самых разнообразных условиях.

Если внимательно посмотреть на окружающие нас предметы, то легко увидеть, что все они несут нагрузку: стол, на который мы облокотились, стул, на котором сидим, гвоздь, на котором подвешена к стене картина, сама эта стена, пол комнаты, участок земли, где стоит дом. Это все - примеры нагрузок статических, т. е. действующих постоянно или прикладываемых медленно. Совсем другое дело, например, работа двигателя автомобиля. Газы, с огромной скоростью сгорающие в цилиндре, толкают поршень, а тот в свою очередь передает эти толчки через шатун на коленчатый вал с частотой более 7 тысяч раз в минуту. За 50 тысяч километров пробега коленвал совершает 100 миллионов оборотов, испытывая во время каждого оборота изгибающую нагрузку то одного, то другого знака.

Многие знают, как печально звучат слова: "у меня полетел коленвал", и уж каждый легко представит себе, что последствия разрушения стен и полов в его доме могут быть по-настоящему трагичными. А разрушение и гибель самолетов, кораблей? Однако хватит ужасов.

Какой красивый, мелодичный звон издают колокола! Представим себе, что из такого же сплава изготовлены станины токарных станков, а еще лучше (или хуже?) кузнечных молотов. Что за музыка будет в цехе, и кто возьмется играть в таком оркестре и дирижировать им?

Почему стальная проволока пружинит, а медная - нет? Что происходит внутри металла, когда его деформируют? Почему один сплав "звучит", а другой - нем как рыба? Как разрушается металл, как его легче разрушить и как предохранить от разрушения? Ответы на эти и многие другие вопросы являются предметом науки о механических свойствах металлов, и именно о них пойдет наш рассказ.

Рис. 2

Более 99% производимого человеком металла (а его выпускается сейчас более 600 миллионов тонн или около 150 кг на одного жителя Земли в год) используется в технике в силу того, что металлы обладают нужным сочетанием механических свойств, хорошо сопротивляются нагрузкам. Менее 1% металла потребляют электротехника, электроника и другие отрасли техники, где нужны материалы с особыми физическими свойствами (электрическими, магнитными и др.). Да и там вопрос о механических свойствах не снимается с повестки дня, так как все детали нагружены по крайней мере собственным весом. Только в невесомости может быть ненагруженная деталь, но путь к невесомости лежит через перегрузки.

Рис. 3

Если читатель разберется в том, что такое обычная упругость, пластичность и прочность металлов, то он, вероятно, будет удивлен (а может быть и поражен), узнав, что обычный уровень этих свойств может быть превзойден в десятки раз. А поняв причины проявления сверхупругости, сверхпластичности, сверхпрочности и еще более интересного эффекта - механической "памяти" металлов, - он, возможно, испытает удовлетворение (а может быть и удовольствие).

Рис. 4

Действительно, ведь можно удлинить металлический стержень без разрушения в 50 раз, можно навить по всем правилам пружину, а она тут же превратится снова в прямую проволоку, можно заставить металл сжиматься при нагревании, хотя хорошо известно, что тела при нагревании обычно расширяются.

Можно изменить даже естественный порядок во взаимном расположении атомов металла, заставить его отказаться от своей обычной кристаллической структуры и получить аморфный металл или металлическое стекло с таким атомным строением, какое имеет застывшая жидкость. Из двух материалов с сильно различающимися свойствами можно "собрать" третий новый материал, который как бы суммирует преимущества каждого, а их недостатки - сглаживает.

Читатель узнает, как эти необычные явления и свойства используются в земной и космической технике, в медицине, и, возможно, интерес к затронутым в книге проблемам определит его будущую профессию.