Им надо было создать устройства, в которых существовали бы условия, царящие в недрах Земли.
Однако даже самые высокопрочные материалы, изготовляемые промышленностью, не в состоянии выдержать исключительно высоких напряжений, возникающих в стенках сосуда высокого давления, когда величина давления превосходит 30...50 тысяч атмосфер.
И наши ученые подумали: а правильно ли мы делаем, что так доверяем своим привычкам, так держимся за устоявшиеся понятия?
Конечно, все давно привыкли к тому, что одни материалы хрупки, другие же легко изгибаются, пластичны. Мрамор издавна считается материалом прочным, но хрупким, а сталь прочной и пластичной. Но ведь эти качества вовсе не навеки закреплены за этими материалами. И действительно, жизнь на каждом шагу опровергает устоявшиеся, но неверные понятия.
Однажды академик А.Ф. Иоффе, погрузив в воду пластинку каменной соли, обнаружил, что эту хруп' кую пластинку можно свободно изгибать. Хрупкий кристалл неожиданно приобрел пластические свойства.
Незадолго до второй мировой войны американский ученый Бриджмен поместил в жидкость, находящуюся под давлением в 25...30 тысяч атмосфер, серый чугун, и этот известный своей хрупкостью материал также стал пластичным.
Образцы из бериллия, глинозема, известняка при таких опытах изгибались, не ломаясь, и проявляли исключительную пластичность.
Опыты со сталью тоже поразили ученых. Обычно при атмосферном давлении стальной образец разрушается, если его удлинить в два, три раза. При давлении же в 25 тысяч атмосфер этот образец можно было растянуть в 300 раз, и он не разрушался! Эти опыты повторялись с различными сортами стали. Результаты были различны, но характер одинаков; пластичность и прочность стали резко повышались.
Это в корне ломало устоявшиеся веками представления. Что ж, подумали ученые, в конце концов такие понятия сложились при наблюдении материалов при обычном атмосферном давлении. Где-нибудь на дне океана под большим давлением они, наверно, приобрели бы совсем иные свойства.
Это была только мысль, только предположение, идея, которая требовала экспериментов и длительного изучения. Пока это было только предчувствие, которое привело в конце концов к важнейшей технической победе.
Две стороны медали
Шла вторая мировая война. Рассказывая о работах американских ученых, Бриджмен вспоминает, что они в то время полностью переключились на решение военных задач. Артиллеристов волновала проблема упрочения брони танков. Это близко касалось проводимых Бриджменом исследований прочностных и пластических свойств материалов под давлением. Поэтому военное министерство с радостью финансировало такие работы.
Оно настоятельно рекомендовало Бриджмену заняться углубленным изучением проблемы прочности броневых плит. Так он вернулся к своим случайным довоенным опытам и решил выяснить секрет упрочения металлов, погруженных в жидкость.
Проблема прочности волновала многих других ученых.
Давно было замечено, что на практике прочность металлов почему-то всегда ниже, чем это предсказывалось теорией. Практически прочность на разрыв бывала в сотни, а иной раз и в тысячи раз меньше, чем следовало из расчетов. Почему же в вопросах прочности теория так сильно отличается от практики? Чем объясняется это досадное обстоятельство? Теоретики мучили этим вопросом практиков, а практики донимали теоретиков.
Ответ оказался простым. Конечно, на первый взгляд. В обычных металлах каждый сотый атом кристаллической решетки, можно сказать, сидит не на месте. И это, оказывается, подрывает крепость металла! Странно, не правда ли? Разве может разрушить здание выхваченная из него ветром песчинка или выпавший кирпич? Даже знаменитый египетский сфинкс вблизи Каира и тот уж сколько столетий стоит и не падает, хотя потрепало его немало дождей и ветров.
Но дефекты в куске металла не остаются неподвижными. Они блуждают, перемещаются, объединяются как им заблагорассудится. И при этом образуются микротрещины и другие нарушения структуры металла. Трещины под действием нагрузки разрастаются, становясь очагами разрушения.
И вот эти ничтожные дефекты делают современные материалы в десятки тысяч раз слабее, чем они должны быть!
– Вот почему броня так непрочна и уязвима для снарядов! – сокрушались ученые. – Вот почему так невелика прочность современных приборов и конструкций. Вот почему там, где теоретические расчеты позволяют обходиться проволочкой, конструкторы вынуждены применить трос. Вместо тонкого листа должны класть толстую плиту. Вместо ажурной конструкции ставить тяжелую форму! Сколько тратится лишних материалов, как усложняется конструкция современных станков и машин!
Так потребности военного времени форсировали работы ученых по изучению влияния давления на прочность сталей, которые в конце концов привели... к получению искусственных алмазов.
В то же время потребности строительства и промышленности форсировали работы советских ученых, которые привели не только к созданию искусственных алмазов, но к победе гораздо более значительной.
Стойкость хлебного мякиша
Открыв благотворное влияние жидкости на свойства металлов, ученые сделали аппарат для получения сверхвысокого давления из самых обычных материалов, зато поместили его в... жидкость. Да, в жидкость, которая, в свою очередь, была сжата давлением в 20...30 тысяч атмосфер. Не правда ли, удивительно?
Чтобы стена покосившегося дома не обрушилась, ее подпирают балками. Подобно этому, стенки прибора как бы поддерживаются со всех сторон жидкостью. Получается, что изнутри на стенки давит 100 тысяч, а снаружи 30 тысяч атмосфер. Значит, фактически стенки находятся под избыточным внутренним давлением 70 тысяч атмосфер. Конечно, это чудовищно много. Но прибор не разрушался. Почему же он приобрел такую замечательную прочность?
Оказалось, что под высоким давлением в металлах происходят своеобразные уплотнения. Трещины и раковины исчезают, поры затягиваются, разрывы сглаживаются точно так же, как в хорошо обкатанном хлебном шарике. Металл в таких условиях «здоровеет» и возрождается.
Более того, вода залечивает не только внутренние поражения металла. Она «зализывает» поверхностные раны и трещины, что также существенно упрочняет металл. Этим и объяснялись пластичность каменной соли в опытах Иоффе и удивительные результаты опытов Бриджмена.
Вот на эти-то обстоятельства и обратили особое внимание советские ученые. Они поняли, что в улучшении свойств металлов в жидкости не только ключ к получению искусственных алмазов, но, что гораздо важнее, ключ ко второму рождению металлов. Это открывает небывалые возможности для техники будущего.
Ученые поняли, что обыкновенные материалы можно поставить в такие условия, при которых они, как батавские слезки, приобретают несвойственную при обычных условиях прочность. Академик Верещагин рассказывает: – Когда стало ясно, какие изменения происходят в материалах при погружении их в жидкость, находящуюся под высоким давлением, мы начали мечтать сразу о многих вещах. Какие замечательные возможности для нашей, промышленности кроются в этом улучшении механических свойств металлов и сплавов! Нельзя ли, подумали мы, создать для металлургических заводов прокатные станы, целиком погруженные в жидкость, находящуюся под высоким давлением? При прокатке металлических листов на таких станах будет получен металл повышенной прочности, а это значит, что существенно расширятся возможности конструирования машин, приборов, аппаратов. При равной прочности уменьшится вес изделия, будут экономиться огромные массы металлов.
И коллектив нашей лаборатории создал такую установку. Этот прокатный стан находится в огромном резервуаре, заполненном жидкостью под высоким давлением. Работает он, конечно, без участия человека. Оператор находится в специальной комнате и следит за показаниями контрольных приборов.
Советские ученые решили заставить воду не только обрабатывать металлические листы, но и изготавливать из металлов различные сверхпрочные детали и проволоку.
Если вы бывали на металлургических заводах, то, наверно, видели, как вытягивают проволоку. Шурша и позванивая, разматывается огромная катушка, на которую намотана проволока. Эта катушка больше привычной катушки с нитками во столько же раз, во сколько дом больше собачьей конуры.
Разматываясь с одной катушки, проволока наматывается на другую. И так несколько раз. Но это, конечно, не бессмысленное перематывание. Перематываясь с катушки на катушку, проволока проходит через отверстие фильеры – металлического шаблона. С одной стороны фильера имеет большее отверстие, с другой – меньшее. Проходя через сужающийся канал фильеры, проволока сжимается и после каждой фильеры делается все тоньше. Так, пропуская проволоку через несколько фильер, ее доводят до нужного диаметра. Это один из распространенных в промышленности способов получения проволоки. Его называют волочением. При таком процессе проволока становится настолько плотной и твердой, что легко ломается; настолько хрупкой, что ее практически невозможно использовать. Для того чтобы проволока стала мягче, пластичнее, ее нагревают. Это неразумно, так как при нагревании проволока теряет прочность, приобретенную при волочении.
В Институте сверхвысоких давлений создана установка для получения прочной и в то же время пластичной проволоки. В этой установке проволока выдавливается через небольшое отверстие в жидкость, сжатую до 8 тысяч атмосфер. Проволока, полученная таким способом, уже не нуждается в отжиге – она и так прочна и пластична. Она вдвое прочнее проволоки, полученной волочением. При помощи той же установки можно получать не только проволоку, но и шестерни, трубы, фасонные детали. Для этого надо лишь сменить рабочий наконечник установки.
Как видите, наши ученые остроумно повернули алмазную проблему. Они научились обыкновенным материалам придавать несвойственную им высокую прочность. И с их помощью не только получили искусственные кристаллы, но создали новую технологию металлов, несущую революцию в технику будущего.
По следам оловянной чумы
Мы должны знать – мы будем знать.
Давид ГИЛЬБЕРТ
Кто злоумышленник?
Странный случай, происшедший на одном из складов военной амуниции в Петербурге полтора столетия тому назад, можно, пожалуй, считать началом этой истории.
Как и всякий военный склад, этот тоже тщательно охранялся. Тем не менее партия новеньких солдатских шинелей с победоносно поблескивающими оловянными пуговицами была приведена в негодность и представляла печальное зрелище. Шинели были перепачканы каким-то серым, неприятным веществом, а пуговицы исчезли.
Виновник загадочного происшествия так и не был найден, хотя занимались этим вопросом не только следователи, но и Петербургская академия наук. Злодейству оловянной чумы было посвящено не одно ее заседание. Тайна олова долго не давала спать седовласым ученым и чуть не подорвала престиж тогдашней науки.
А затем последовал еще ряд событий, казалось, не связанных между собой.
В начале нашего века, отмеченного целым рядом героических попыток дорисовать карту Земли, к берегам Антарктиды направились экспедиционные корабли Роберта Скотта. Они подходили все ближе и ближе к таинственной земле. Людям становилось все труднее дышать и двигаться. Начались приготовления к высадке, как вдруг путешествие оборвалось самым неожиданным образом. Случилось то, что никогда еще не случалось ни с одним кораблем в мире: развалились баки с горючим. Со швов сыпалась, как штукатурка, оловянная пайка.
Слух об этом происшествии тоже достиг высоких ученых собраний и стал предметом ожесточенных споров, предположений, догадок. Но объяснение в то время так и не было найдено.
Оловянная чума сеяла панику. Она разгуливала по складам, и вместо аккуратных брусочков белого олова в них находили груды грязновато-серого порошкообразного вещества, неведомо откуда взявшегося.
Однако инфекция была разборчива. Она посещала не все склады, а выбирала лишь те, которые сооружались зимой, наспех. Оловянная чума как бы подстерегала момент, когда олово выгружалось на холоде, и набрасывалась на металл.
Странное дело, во всех этих случаях пострадавшим, с которым происходили непонятные метаморфозы, было олово. Но все это было явно не подвластно знаменитым сыщикам из романов с их увлекательными индуктивными и дедуктивными методами, успешно ведущими читателя по пути разгадки.
Тайной оловянной чумы всерьез занялись ученые. Это было не менее увлекательно, чем чтение детективных романов.
Открытый на солнце