CC BY
9
К 110-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ АКАДЕМИКА А.Ф. БЕЛОВА
Журнал публикует выдержки из программного доклада академика А.Ф. Белова
в АН СССР в 1975 году
МЕТАЛЛУРГИЯ ГРАНУЛ - НОВЫЙ ПУТЬ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Решающую роль в формировании оптимальных характеристик металла, как показывают теоретические соображения и данные опыта, играют процессы, протекающие при переходе из жидкого состояния в твердое.
За всю историю человечества до начала XX в. было произведено железа (в виде чугуна) не более 1,2 млрд т и выплавлено стали не более 1 млрд т, между тем только за семьдесят три года нашего столетия железа в мире произведено около 9,3 млрд т, а стали выплавлено около 12,2 млрд т. Согласно прогнозам, в ближайшие пятьдесят лет мировое производство стали может достигнуть 4-5 млрд т в год, что неминуемо создаст трудноразрешимые проблемы добычи металла, его переработки, транспортировки и т. д.
Одна из главных причин столь высокого роста потребления металлов - неполное использование качественных возможностей, заложенных в их природе. Этот факт на протяжении всей истории металлургии привлекал внимание ученых и практиков - шел постоянный поиск путей повышения качества металлов и сплавов.
Непрерывно совершенствовалась технология металлургического производства.
За последнее пятидесятилетие удельная прочность материалов, применяемых в самолетостроении, возросла с 8 км почти до 30 км, жаропрочность повысилась до 1000 °С и больше, улучшились и другие характеристики. Однако сейчас это продвижение замедлилось, поскольку оно встречается со все большим числом трудностей, которые не могут быть преодолены старыми методами и технологиями.
Разработка теории строения кристаллов и установление зависимости между кристаллическим строением и свойствами твердого тела позволили выдвинуть понятие теоретической прочности идеальных кристаллов. Расхождение уровней прочности характеристик идеальных и реальных кристаллов объясняется наличием различного рода дефектов в строении кристаллической решетки.
Начатое основателем металловедения черных металлов Д.К. Черновым изучение влияния кристаллизации на свойства стальных слитков сейчас превратилось в стройную теорию.
Она устанавливает закономерности процесса кристаллизации и показывает, что, управляя скоростью кристаллизации металлов и сплавов, можно коренным образом изменять их структуру, намечает пути решения проблем, связанных с приближением реальных свойств металлов к теоретическим.
Скорость кристаллизации определяется отводом тепла от фронта кристаллизации и зависит прежде всего от температурного градиента, а увеличение размера слитка, при всех прочих разных условиях, приводит к ее уменьшению.
Встает вопрос, можно ли осуществить кристаллизацию сплавов со скоростями охлаждения, превышающими существующие на несколько порядков, и как скажутся такие скорости на свойствах сплавов. Этот вопрос стал важнейшим в современной металлургии. Опытно-исследовательские работы, развернувшиеся широким фронтом в научных учреждениях разных стран, привели к неожиданным результатам. Оказалось, что скорости отвода тепла 102-104 град/с практически достижимы и свойства сплавов, закристаллизовавшихся при таких скоростях, существенным образом отличаются от свойств сплавов, затвердевших при обычных процессах литья. Реальны и более высокие скорости отвода тепла вплоть до 109 град/с, которые удается достичь только при затвердевании малых масс металла.
Работы по изучению высоких скоростей кристаллизации сплавов ведутся по программе, предусматривающей получение гранул и изделий из них на основе алюминиевых, никелевых, титановых и других сплавов. Был определен характер влияния скоростей охлаждения на измельчение ветвей дендритов; экспериментально показано аномальное пересыщение твердых растворов; обнаружено измельчение нерастворимых фаз, приводящее к повышению прочности, жаропрочности и других характеристик сплавов. Мы пришли к выводу, что высокоскоростное охлаждение распыленных жидких металлов и сплавов открывает новые возможности воздействия на процесс формирования структуры сплавов и изменения их свойств и позволяет радикально изменить физико-химические характеристики материала. Подобные работы положили начало новому направлению улучшения свойств металлов путем использования высоких скоростей кристаллизации.
Дальнейшие исследования в этом направлении открывают путь к разработке новых систем сплавов с особыми структурами и свойствами, а также создают предпосылки к получению таких классов сплавов, как дисперсноупрочняемые и композиционные. Однако нельзя упускать из виду, что вся сумма положительных свойств, которыми при заданных скоростях охлаждения удается наделить отдельную гранулу, принадлежит только этой малой частице металла и может быть практически реализована после превращения множества гранул путем их спекания в компактное тело.
Полученные данные кладут начало разработке новых металлургических процессов, полное освоение и внедрение которых позволит осуществить качественный скачок в развитии металлургии. Для широкой практической реализации результатов исследований, проведенных академическими и отраслевыми институтами, необходимо дальнейшее углубленное изучение этих процессов.
Белов А.Ф. Металлургия гранул - новый путь повышения качества конструкционных материалов // Вестник АН СССР. 1975. № 5. С. 74-84.
ПРИНЦИПЫ А.Ф. БЕЛОВА
- Браться за самые крупные, значимые задачи (впервые в стране, впервые в мире).
- Безошибочно выбирать путь достижения цели.
- «Если они смогли, и мы сможем» (об успехах Запада).
- Убедиться в своей правоте, собрав все силы и средства для достижения цели, сокрушать все препятствия.
- Говорить коротко, докладывать масштабно, убедительно, на разрыв.
- Делать рекламу успехам или успехами.
