Техника - молодёжи 1998-03, страница 4

НАУЧНЫ

РОССИИ

МАТЕРИАЛИЗАЦИЯ ПОЛЕТА

Практически все материалы современной отечественной авиации (96%!) разработаны и внедрены в производство Всероссийским институтом авиационных материалов (ВИАМ), подтвердившим в прошлом году право на весьма почетный, но лишь слегка льготный статут Государственного научного центра РФ.

Территориально — вдоль столичной улицы Радио — он сочленен со знаменитым ЦАГИ. Как две равновеликих и равнозначных половинки песочных часов. Это закономерно: материализовать идеи конструкторов и специалистов в области аэродинамики дано лишь физико-химикам, технологам и материаловедам высокого класса. А они и в наше — немыслимо трудное для науки время составляют главное интеллектуальное богатство ГНЦ ВИАМ.

Конечно, здесь есть и другие специалисты, и другие разработки — контрольно-измерительной аппаратуры, к примеру. Но материалы — главное. О некоторых из них мой рассказ.

Нашими гидами по этому ГНЦ и его уникальной «продукции» согласились стать два выдающихся ученых — академики И.Н.Фрид-ляндер и Р.Е.Шалин. Иосиф Наумович (вместе со своей лабораторией) вот уже несколько десятилетий зан

недрен

строит

т, а еле

вых сплавов, то есть фактически он материализует конструкции планеров — летательных аппаратов тяжелее воздуха, но — безмоторных. (Надо ли напоминать, что к этой категории профессионалы относят и любой самолет, пока на него не поставлен реактивный, турбовинтовой или еще какой-либо двигатель.)

Интересы Радия Евгеньевича, напротив, лежат в области жаропрочных сплавов, без которых не создать так называемый «горячий тракт»: камеры сгорания, турбины (особенно их лопатки) и далее вплоть до сопла. Не прекращая работ в этой области, он в течение 20 лет возглавлял ВИАМ в целом — директорствовал...

от ант-2 до нынешних. Первый в нашей стране самолет с цельнометаллическим планером был построен еще в 20-е годы. Им стал АНТ-2, сконструированный совсем молодым тогда Андреем Николаевичем Туполевым. Крылья, фюзеляж, хвостовое оперение — словом, весь планер для АНТ-2 был сделан из кольчугалюминия. Так назвали сплав, изготовленный на заводе тогда еще поселка Кольчугино Владимирской области (разработка инженера В.А.Буталова). По составу и свойствам он был очень близок к первому алюминиевому сплаву, способному упрочняться в процессе старения, — дюралюминию (явление открыто немецким материаловедом А.Вильмом, место рождения сплава — германский город Дюрен, отсюда и название).

Впрочем, специалисты предпочитают говорить не о сплавах алюминия, а о «системах». Дело в том, что технически чистый алюминий в качестве конструкционного материа-

упрочняющаяся система: AI — Li — Mg. Однако самый известный ее материал создателями был просто пронумерован и не получил персонального имени. Его рассекретили лишь через 20 лет, когда подобные появились и за границей. В литературе и в истории науки он так и остался сплавом 01420.

Его прочность и другие технически важные характеристики очень близки к материалам традиционных систем, но он на 10 — 15% легче их. Современные «потомки» 1420-го — позволили почти на столько же облегчить конструкции нынешних планеров. Это одна из причин, по которым сплавы алюминия могут и сегодня выдержать конкуренцию композиционных материалов, к которым, кстати, «алюминщики» ВИАМа тоже всерьез приложили руки.

Одна из их новинок: многослойные «сэндвичи», обладающие замечательной способностью сопротивляться распространению трещин. А построены они так: слой алюминиевого сплава — слой полимерно-волокнисто-

миний и опять композит... Хитрость — в надежном соединении слоев, исключающем расслоение. Как этого достичь, know-how ГНЦ ВИАМ.

титан: слабости сильного. Первый пассажирский сверхзвуковой самолет Ту-144 поднялся в воздух в 1975 г. Ему прочили большое будущее до тех пор, пока в показательном полете во время авиасалона в Ле Бурже под Парижем вылизанный до последней за-

тящиь

рующими добавками (и методами обработки тоже) у этого металла достаточно сложные отношения. С некоторыми химическими элементами он «дружен», с другими, включая железо, — «вовсе даже наоборот», Технически интересны материалы таких, к примеру, систем, как AI — Mg — Si, AI — Zn — Mg — Cu, AI — Cu — Mn. Это классика легких сплавов, которые, можно считать, и материализовали

В 1965 г. И.Н.Фридляндером с сотрудниками в ВИАМе была открыта еще одна само

эмпляр Ту-144 не развалился на глазах у публики после того, как круто взял вверх, чтобы не столкнуться с невесть откуда выскочившим французским «Миражом».

Как выяснили, причиной той катастрофы не были известные материаловедам недостатки и «слабости» титановых сплавов, из которых изготовляли элероны, рули поворота и некоторые другие важные узлы и детали Ту-144. Но в истории отечественной техники зафиксирована, как минимум, одна авиадрама (с другим самолетом), виновником которой стали свойства титана.

Здесь вполне резонно ждать возражений со стороны многих читателей. Ведь в справочных и научно-популярных изданиях можно

зря, а его сплавы — вообще мечта любого конструктора! Вот строки из статьи в «Популярной библиотеке химических элементов» (М„ издательство «Наука», 1983 г.): «Будучи почти вдвое легче железа (плотность 4,5 г/см³), он по прочности превосходит многие стали. Сравнение с алюминием тоже оказывается в пользу титана: он всего в полтора раза тяжелее, но зато в шесть раз прочнее... Титан обладает и значительной твердостью: он в 12 раз тверже алюминия, в четыре раза — железа и меди,.. Замечательна устойчивость титана против коррозии...» Заметим, что здесь сравнивают не сплавы, а технически чистые титан и алюминий. Но все равно, после таких дифирамбов, причем справедливых, трудно заподозрить сплавы этого металла в причастности к катастрофе.

У титана и его сплавов, разумеется, масса достоинств, главные из которых названы выше. Однако, как справедливо заметил мудрый Лис из сказки Сент-Экзюпери, «нет в мире совершенства». Материаловеды нашего времени знали, конечно, как трудно дались их предшественникам попытки получить пла

той менее 99% был непрочным — склонность к хрупкому разрушению, кстати, почти всегда сопутствует высокой твердости...

Приемлемым для техники, а тем более для авиации, где превыше всего ценится надежность, титан стал лишь после того, как очисткой и целенаправленным легированием ему придали мало-мальски приемлемую пластичность. (Впрочем, и сверхпластичность, но только при температуре около 950° С.)

Но и после этого склонность к трещинова-тости нет-нет, а подводила изделия из титана. Причиной трещин становилась даже не хрупкость как таковая, а чувствительность подобных материалов к концентрации напряжений, проще говоря, — к разного рода дефектам. Известен случай, когда химический реактор из титанового сплава, верой и правдой прослуживший больше 10 лет, вдруг в один прекрасный день, будучи не под нагрузкой, а во время текущего ремонта, вдруг покрылся сетью мелких трещин и дал течь. Так что с капризным этим металлом и его сплавами материаловеды до сих пор не могут разобраться окончательно.

Оттого, по оценкам Р.Е.Шалина, если «квота» алюминия среди металлических авиационных материалов близка к 70%, то титана — лишь 5 — 7. В двигателях, впрочем, до 30, а алюминию там работы вообще не находится,

И все же мы не зря уделили столько внимания титану в рассказе про ГНЦ ВИАМ. Потому что этим металлом здесь занимаются давно и постоянно. А в заключение этой главки — история, которую фактически никто не знает. Ее только-только рассекретили. Кстати, заметим: нередко государственной тайной становится всего лишь то, что ученым нашей, к примеру, страны известно некое каверзное, пусть даже не часто проявляемое свойство

причастен к оборонным делам.

Так вот, лет 15 назад выяснилось, что могучий титан иногда оказывался причиной пожаров на военных самолетах! При некоторых условиях (определенное сочетание температур и давлений) он способен вспыхнуть, как магний в старинной фотовспышке. Какие это условия, точно мне неведомо, да если бы и знал, то не сказал — на всякий случай. Но когда такое знание пришло к специалистам ВИАМа (очень узкому кругу, естественно), перед ними тут же поставили задачу: эту опасность преодолеть...

Решение не само собой пришло — потребовались годы исследований и компьютерного моделирования новых материалов, пока не поняли: титан и его сплавы в деталях и узлах горячего тракта пора менять на интерметаллические соединения, в частности, системы: Ti - AI, Их с небольшой натяжкой можно считать чем-то средним между обычными спла-¹ вами и спеченой керамикой, или продуктами порошковой металлургии. Важно, что в ин-.терметаллидах между атомами образуются достаточно прочные химические связи, как правило, ковалентные — взамен более слабых. Отсюда новый набор свойств. Так, интерметаллические соединения вышеназеан-

горанию. При этом они сохраняют работоспособность при температуре до 700, некоторые до 800, а отдельные и до 850° С. И плюс ко всему дают существенный выигрыш в весе! Сейчас об этих сплавах-соединениях говорят, как о чрезвычайно перспективных для авиакосмической техники начала XXI в.

Академик Шалин заметил, правда, что кое-какие технические проблемы здесь еще остались. Они связаны, прежде всего, с упомяну-

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 398

шж