Техника - молодёжи 1987-08, страница 21

страшны материалу ни повышенные нагрузки, ни высокие скорости скольжения.

Если же выделить на поверхностях деталей мартенсит в виде корочки толщиной 1,5—3 мм, а затем азотировать ее, то глубокая мар-тенситная подложка предохраняет азотированный слой от продавли-вания и растрескивания.

Цены нет таким сплавам. Между тем производственники отнюдь не спешат взять на вооружение подарки науки.

— Дело в том, что заводчане все еще медленно перестраиваются, часто поступают не как лучше, а как проще,— пояснила Ирина Ко-сицына.— Может быть, переход на новые методы хозяйствования теперь поможет. Мне важно, чтобы мои сплавы остались не только на страницах журналов и диссертации. Как хотелось бы увидеть их поскорее в деталях, изделиях, машинах!..

«Я СОЗДАЮ СИМФОНИИ»

В лабораториях ИФМ видишь одну и ту же картину — металловеды, прильнув к микроскопам, часами изучают структуры сплавов. Наверное, утомительное и скучноватое занятие.

— Нисколько! — возразила мне Елена Старченко, когда я поделился с ней своими впечатлениями.— Структуры, которые я вижу в микроскопе, такие удивительные, красивые. Они похожи на картины Чюрлёниса. Застывшая музыка металла. А я создаю эти симфонии — разве не увлекательно? Образы, навеянные интуицией художника, подсказывают иногда неожиданные ходы мысли.

Может быть, чувство красоты, гармонии и помогло Елене создать изящные физические модели магнитного упрочнения аустенитных сплавов, которые не расширяются под воздействием температуры. Эти насущные для точного приборостроения сплавы называются инварами — «неизменяемыми». Они содержат 30—36% никеля. И никто не мог объяснить, почему инвары ведут себя так, а не иначе и почему вообще упрочняется намагниченная сталь.

Давно известно, что в одних случаях магнитные моменты атомов железа, заполняющих довольно значительные объемы образца (домены), даже при отсутствии внешнего намагничивающего поля вы

страиваются параллельно и одно-направленно (ферромагнетизм). В других случаях из-за теплового движения магнитные моменты распределены хаотично, и лишь внешнее магнитное поле выстраивает их вдоль собственных силовых линий (парамагнетизм). Нагрев умножает тепловой хаос. При некоторой критической температуре (точка Кюри) любой ферромагнетик превращается в парамагнетик, домены разрушаются. Появление или исчезновение доменов изменяет свойства вещества, в том числе и механические.

Раньше полагали, что повышение прочности сплавов при их переходе в ферромагнитное состояние вызывается известным в физике явлением магнитострикции — увеличением объема тела за счет упорядочения в нем магнитных моментов атомов. При этом в теле металла создаются напряжения, своего рода внутреннее «магнитное трение», оказывающее дополнительное сопротивление внешним силам. Но тогда упрочнение должно происходить во всех магнитных сплавах. Оно же проявлялось резко только в инварах.

Не удовольствовавшись «магни-тострикционным» объяснением, Старченко решила копнуть поглубже, заглянуть в атомную структуру аустенитных сталей. Рассмотрим и мы, вслед за ней, инвар Fe—Ni. В его гранецентрированной у-кубиче-ской кристаллической решетке всегда найдутся субмикроучастки, или кластеры, в которых атомы железа окружены только атомами Fe. Если в сплаве 30—36% никеля, тогда, как подсчитали физики института, в нем приблизительно из 500 атомов железа один всегда окружен только родственными атомами. Магнитный момент кластера будет отклоняться от общей магнитной направленности атомов кристаллической матрицы.

Охлаждаемый закаленный сплав при точке Кюри переходит в магнитное состояние. Магнитные моменты атомов кристаллической матрицы упорядочиваются. Она расширяется. В кластерах же из-за атомной аномалии сохраняется разориентированность, поэтому расширения не происходит.

Напряжение матрицы деформирует эти субмикроучастки — по сути, неоднородные включения в сплаве, которые, подобно карбидным частицам, выделяющимся при дисперсионном твердении, стопорят

развитие возникающих в детали от нагрузок элементарных дефектов. Поэтому металловед назвала эффект упрочнения при магнитном упорядочении аустенитных сплавов — «магнитодисперсионным твердением».

Математические закономерности физической модели позволяют рассчитать конкретную величину прироста прочности. Но почему на нее влияет количество никеля? Если его в стали будет больше 36%, значительно уменьшится число аномальных атомов железа, кластеров.

Схема магнитного упорядочения инвара — сплава Fe—Ni. Большие стрелки — общая направленность магнитных моментов атомов кристаллической решетки. Кружками обозначены кластеры, парамагнитные флуктуации аномальных атомов железа.

Расположение ферромагнитных и парамагнитных участков (на схеме соответственно темные и светлые области) стареющих инваров Fe—Ni—Ti. Кружками выделена парамагнитная у-фаза, обогащенная титаном.

2*

19