МЕТАЛЛ МОЖНО МЕСИТЬ КАК ТЕСТО
(из присланного мне личного письма)
В Жуковске осваивают удивительное открытие
Константин ФРОЛОВ, Олег ТРОИЦКИЙ, Юрий БАРАНОВ
На одном из промышленных предприятий г. Жуковска изготовлен прокатный стан, работающий по совершенно новой технологии с использованием импульсного тока предельных величин и ультразвука . Технология позволяет достигнуть рекордных значений деформаций самых твердых и хрупких металлов.
Сотни лет человечество, применяя различные механические устройства, деформировало металл, придавая ему нужную форму, но никогда не помогало металлу уменьшать свое сопротивление деформированию и повышать природную пластичность. Исключение составляет разве что древний способ нагрева заготовок в печи до белого или красного каления, чтобы можно было их ковать или прокатывать. Однако не всегда можно нагревать металл, особенно композитный, и такой примитивный способ подготовки металла приводит к растрескиванию, окислению и большим затратам. Одним словом, тесто нельзя сделать эластичным, только лишь его нагревая. Следовало попробовать избирательно подействовать на элементы его структуры.
При прохождении по металлу электрического тока большей величины внутри него возникает электронный ветер. И если по металлу во время его деформирования пропускать большой ток, можно решить сразу две проблемы - создать нагрев за счет джоулевого эффекта и оказать изнутри металла существенное механическое воздействие, подобное тому, которое оказывает ураганный ветер на жилые постройки, деревья и телеграфные столбы. К такому предположению пришли специалисты в области физики твердого тела. Еще в 1966 г. В.Я. Кравченко в Институте физики твердого тела РАН вычислил силу давления электронного ветра на элементарные носители пластической деформации - так называемые дислокации или подвижные линейные дефекты, которые в бесчисленном множестве рождаются во время деформирования металла. Теория предсказывала увлечение дислокаций электронным ветром.
Проверить гипотезу взялся О.А. Троицкий вместе со своим сотрудником А.Г. Розно. Для чистоты эксперимента использовались монокристаллы металлов - цинка, кадмия, свинца и др., а чтобы можно было достичь электронного ветра ураганной силы, использовались короткие по времени (порядка 10 -4 с) импульсы тока плотностью до миллиона А/см2 и охлаждение жидким азотом для снижения электросопротивления образцов и достижения больших значений тока. Результат превзошел ожидания - образцы, оставаясь практически холодными, во время растяжения или сжатия стали скачками, в каждом импульсе тока, удлиняться или сжиматься в зависимости от направления действия внешней силы, т.е. металл демонстрировал уменьшение сопротивления деформированию.
Осталось выяснить природу этого явления, которое получило название электропластический эффект (ЭПЭ). Экспертный совет при Отделе открытий Госкомизобретений зарегистрировал его как открытие под названием "Явление электропластической деформации" (№ ОТ-10018). Далее О.А. Троицкому удалось показать, что ЭПЭ - кооперативное явление и помимо электронного ветра в нем участвует собственное магнитное поле тока, которое создает так называемый пинч-эффект - сжатие образцов в радиальном направлении и связанную с этим активную вибрацию металла. Явление это в принципе было уже известно несколько лет для газовой плазмы, оно удерживает плазму в токамаках. Оно, похоже, присутствует и в природе, когда линейные молнии превращаются в четочные, разбитые на бусинки-фрагменты.
Теорию ЭПЭ разработали воронежские физики А.М. Рощупкин и И.Л. Батаронов. По их мнению, электронный ветер оказывает разблокирующее действие на скопления дислокаций. ЭПЭ - открытие, безусловно, российское. Оно подтверждено американскими учеными Г. Конрадом и др. из Университета штата Северная Каролина. На его основе уже создаются прорывные электротехнологии XXI века прокатки, волочения, штамповки, плющения и вытяжки металлов. Созданы опытные прокатные, волочильные и плющильные станы.
Перспективной является дальнейшая интенсификация процесса пластической деформации в скрещенных электромагнитных полях, над этим уже работают белорусские ученые во главе с проф. В.С. Савенко.
Описанные электротехнологии выступают, как ни странно, в роли энергосберегающих, т.к. на 25-30% снижают усилия на прокатных и волочильных станах, повышают производительность станов в полтора раза и, что самое главное, устраняют дорогостоящие операции промежуточных отжигов заготовок. И повышается качество продукции - степень совершенства структуры и текстуры, однородность материала - и уменьшаются внутренние напряжения в изделиях.
Наиболее вероятными областями технологического применения ЭПЭ являются сверхтонкое, тонкое и среднетонкое волочение проволок (диаметром менее 1 мм), прокатка тонкого листа и ленты, ультразвуковая ковка ленты (уже получены рекордные единичные деформации вольфрама и сплава вольфрама с рением - до 87%, что считалось до сих пор недостижимым), тонколистовая вытяжка и штамповка металла, т.е. процессы получения самой массовой продукции металлообрабатывающей промышленности. В этих областях у ЭПЭ великолепные перспективы.
Константин ФРОЛОВ - академик, Олег ТРОИЦКИЙ - профессор, Юрий БАРАНОВ - профессор, Институт машиноведения им. А.А. БЛАГОНРАВОВА РАН