Техника - молодёжи 1977-09, страница 28

ПРОБЛЕМЫ И ПОИСКИ

РОЛЬ БОТАНИКН В ФИЗИКЕ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ

ВЛАДИМИР СМИРНОВ, инженер К 4-й стр. обложки

«Был прекрасный осенний день. Я только что поступил в университет города Лунда. Проходя мимо факультета ботаники, я увидел, что одна из стен здания покрыта виргинским плющом. Его листья были замечательного красного цвета. Каждая осень сопровождается переходом от зеленого к красному, и прохожие останавливаются от внезапного восторга при виде прекрасной игры цвета. Я был одним из этих прохожих и не мог себе представить, что позднее это явление укажет мне путь к созданию установки, производящей алмазы, установки, принадлежащей теперь фирме ASEA...»

Эти слова, принадлежащие шведскому изобретателю Б. Платену, ошеломляют. Казалось бы, никакой самый изворотливый и изощренный ум не в состоянии провести хотя бы отдаленную аналогию между нежными листьями плюща и могучими, тысячетонными прессами, между красками золотой осени и твердейшими алмазами. Но столь причудлива и прихотлива игра творческого воображения, что оно в состоянии установить глубокие, фундаментальные связи даже между такими далекими явлениями и процессами...

Спустя два года после лундской золотой осени друг-ботаник объяснял Платену: «Листья осенью становятся красными не потому, что они умирают, а потому, что они не хотят умирать. Мертвый лист отличается от живого тем, что некоторые вещества в нем разрушились, и такое разрушение должно произойти рано или поздно, до смерти листа или после нее. Листья выбирают первую возможность. Они предпочитают, чтобы эти вещества разрушились при их жизни, а не после того, как они умрут. Такое разрушение молекул, сопровождающееся изменением цвета, начинается осенью в живых еще листьях, и, пока длится этот процесс, листья продолжают жить. Как бы устремляясь навстречу смерти, листья получают больше двух недель жизни и дарят нам прекрасное пламя осени».

Мысль ботаника запомнилась Платену. И когда в начале 1930 года физик Тэндберг в разговоре с изобретателем выразил сомнение в том, что сталь сможет выдержать давления, необходимые для синтеза алмаза, Платена осенило. «Внезапно я понял, каким образом принцип, продлевающий жизнь листьев, может быть применен и в установке для изготовления алмазов...»

Изобретатель ясно представил себе, как под действием страшного внутреннего давления в мгновение ока разрывается на куски неправильной формы толстая стальная труба. «Нужно, — решил он, — чтобы мертвая машина, подобно живым листьям, встречала смерть на полпути. Нужно заранее разделить трубу на части такой формы, какую захотела бы иметь сама труба, будь она живым организмом».

Если представить себе толстенную трубу, распираемую внутренним давлением, в виде множества слоев, то нетрудно понять, что в каждом таком слое металл подвергается двум нагрузкам — сжатию в радиальном направлении и растяжению в тангенциальном. Причем наименьшие нагрузки действуют на последний, внешний слой, а наибольшие — на первый, внутренний. Здесь на каждый элемент кольца действует одновременно и наибольшая сжимающая сила, и наибольшая растягивающая сила, стремящаяся как бы разорвать его. Платен решил: надо помочь металлу этого самого нагруженного слоя, надо предоставить ему возможность бороться только со сжатием и избавить от необходимости противодействовать растяжению. А для этого и нужно пойти навстречу разрушению и заранее разрезать внутренний слой на кольцевые секторы, способные перемещаться друг относительно друга. Внешний же слой необходимо освободить от сжимающих усилий, заставив его работать только на растяжение. Другими словами, Платен предложил сделать, если так можно выразиться, «специализированную» трубу, в которой внутренний слой работает только на сжатие, а внешний — только на растяжение. Благодаря этому внутренний слой можно было сделать из хрупкого, но очень твердого и прочного металла, а внешний — из металла, хорошо работающего ма растяжение, — скажем, из стали. Так родилась первая установка — тщательно пригнанные металлические секторы, обмотанные рояльной струной длиной 300 км!

Впоследствии установка была усовершенствована, и 15 февраля 1953 года на ней в лабораториях фирмы ASEA были синтезированы первые в мире искусственные алмазы... Но шведы как будто сами испу

гались содеянного ими и молчали об этом синтезе вплоть до 1955 года, когда стало известно об успехе, достигнутом американцами. Можно только гадать о причинах такой скромности, но весьма возможно, что фирма сочла пресс, созданный по идее Платена, гораздо более ценным приобретением, чем получаемые в нем алмазы. Не тратя времени на отработку технологии их получения, фирма разработала целую гамму гидравлических прессов с ленточной обмоткой для производства и обработки материалов с помощью давления в 1000—14 000 атмосфер.

Станины прессов — фирма выпускает их под торговой маркой КВИН-ТУС — не имеют ни резьбовых, ни сварных соединений. Их стойки и ригели скреплены только бандажом — множеством слоев высокопрочной стальной ленты, намотанной с натягом. Благодаря этому стойки пресса испытывают максимальные напряжения сжатия, когда пресс не работает, и разгружаются, когда он действует. Ленточная обмотка применяется также в контейнерах высокого давления. Все это позволяет существенно снизить вес прессового оборудования КВИНТУС по сравнению с прессами со сварными, коваными и литыми станинами.

По мнению фирмы, применение прессов КВИНТУС особенно выгодно при изготовлении деталей методами гидроэкструзии, изостатического

прессования и листовой штамповки.

Недостаток обычной экструзии — метода изготовления прутков всевозможных профилей путем выдавливания через матрицу — огромное трение, возникающее между заготовкой и стенками контейнера. Другое дело гидроэкструзия. Здесь на заготовку действует не сам плунжер пресса, а жидкость, сжимаемая в контейнере пуансоном. Эта жидкость со всех сторон давит на заготовку, и, когда давление достигнет 10—14 тыс. атм заготовка выдавливается через матрицу и превращается в готовое изделие. Процесс можно вести как при комнатной температуре, так и при температуре до 600° С. И вот достоинства гидроэкструзии: при горячем выдавливании высокопрочных алюминиевых сплавов обычной экструзией скорость не превышает 2 м/мин, а при горячей гидроэкструзии она может достигать 200 м/мин! В сто раз больше! Неудивительно что производительность гидроэкстру-зионной установки КВИНТУС при производстве медных труб составляет 15 000—20 000 т в год.

Изостатическое прессование — процесс, в котором на заготовку действует не какой-либо твердый инструмент, а газ или жидкость, которые под высоким давлением сжимают заготовку равномерно — изо-

26