Чтобы болт не уставал

Ученые обрабатывают металлическую деталь пучком низкочастотного излучения. Макросъемка. Фото: Павел Лавров.

Ученые СибГИУ могут сделать рельсы и машины в два раза прочнее и долговечнее

Павел Лавров

3 февраля, 2014 08:50

9 мин

Физики из Новокузнецка совершили научный прорыв, сравнимый с изобретением парового двигателя или открытием электричества. Команда Виктора Громова может укрепить любой металл в 2–3 раза. Корреспондент РП провел день с учеными и выяснил, как они этого добиваются.

Лаборатория больше похожа на слесарку при гараже. Непрезентабельный вид производственного помещения дополняют рабочий беспорядок в инструментах, зачахший цветок на подоконнике, гул станков и запах, присущий нежилому казенному помещению. Небогато, но на удивление чисто. Прогремевшее на весь научный мир открытие сделано именно здесь.

– Какой бы вам фон подобрать для фотографии? — задумывается Виктор Громов, — Давайте я вам электронный микроскоп покажу, он хоть выглядит как настоящий научный агрегат.

Микроскопом университет обзавелся еще во времена СССР. Ученые привезли его в Сибирь из Чехии. Учреждение приобрело прибор за немыслимую в те годы сумму: 77 тыс. рублей.

– Мы уже давно занимаемся изучением усталости металла. Это очень важно для любой отрасли народного хозяйства без исключения, от авиации до сельского хозяйства. Надо вам пояснить, что это за явление, чтобы вообще стало ясно, о чем мы говорим и что же такое мы открыли, — рассказывает Виктор Громов, — Дело в том, что под нагрузкой любая металлическая деталь постепенно накапливает микроповреждения. Невооруженным глазом они не видны. До поры до времени. Пока не начнут расти. Со временем они сливаются в трещины, которые все увеличиваются и увеличиваются, и в конечном итоге приводят к разрушению. Иногда — с катастрофическими последствиями. Вот тогда говорят: металл устал.

Даже под обычным микроскопом становится видно, что полированные металлические детали покрыты сетью микроповреждений. Эта же поверхность под электронным микроскопом выглядит как изрытый каньонами марсианский пейзаж.

Усталость металла во всем мире целенаправленно изучают более 150 лет. Но до сих пор не существует единой теории, предсказывающей усталостное поведение металлов. Потому что факторов, влияющих на долговечность изделий, много.

– Мы ничего не изобрели. Нам удалось доказать, что при обработке металлической детали пучком низкочастотного излучения можно увеличить ее ресурс усталости, ее долговечность, как хотите назовите, — профессор сам увлекся рассказом о достижениях своей команды. Ему радостно, он горд и полон энтузиазма. — Внешне это выглядит очень просто. Берем деталь. Кладем в камеру. Там есть источник излучения. Понижаем давление. Даем импульс. Все происходит очень быстро. Всего 50 микросекунд, и поверхность изделия меняет свою структуру. Она как бы оплавляется, исчезают все микротрещинки. Когда деталь обработана, ее можно сразу же ставить на эксплуатацию. Ее долговечность увеличивается до 3,5 раз. В два раза — с гарантией.

За время исследований ученые защитили две кандидатские диссертации, частично результаты работы вошли в одну докторскую. Работа над открытием велась семь лет. Так долго, потому что понадобились всесторонние эксперименты. Ученые пробовали обрабатывать различные марки стали, в разных режимах. Меняли интенсивность излучения, продолжительность импульса, температуру, давление в рабочей камере. И после каждого выстрела низкочастотными волнами испытывали облученные образцы на прочность. Принудительно нагружали металл, чтобы понять: когда же он устанет. Лишь когда нашли оптимальное соотношение влияющих на процесс факторов, рассказали о своем открытии всему ученому сообществу.

– Мы поняли, что имеем дело не с чередой случайностей. Перед нами именно закономерность. И наше открытие признано на самом высоком уровне! — Виктор Громов показывает кипу документов, подтверждающих факт открытия — Вот наша заявка: довольно пухлый том, 70 листов. Плюс ссылки на наши работы, монографии. Заявку полгода проверяли. И в Российской Академии естественных наук, и в Международной Академии авторов открытий и изобретений. И, наконец, признали!

Официальное название открытия: «Увеличение усталостного ресурса нержавеющих сталей электронно-пучковой обработкой». В списке авторов — научная группа под руководством Громова.

– А вот главные действующие лица! — профессор представляет мне своих сотрудников. Два молодых парня. Встретил бы на улице, нипочем бы не подумал, что это знаменитые физики. Один — эдакий Добрыня Никитич, веселый здоровяк с бородой, второй — напротив, худощав, брит и задумчив. Жмем руки, пока профессор сыплет превосходными степенями. — Доктор наук Коновалов, кандидат Воробьев! Они у нас — цвет и надежда российской научной мысли. Молодые специалисты, едва за тридцать. А нашему аспиранту Сизову и тридцати нет. Очень отрадно, что над инновациями трудится именно молодежь, им сейчас важно почувствовать вкус и дух достижений, не утратить тягу к искательству, к науке с большой буквы.

После знакомства выясняется, что на кафедре физики нынче праздник. В одной из аудиторий сдвинули парты, получился небольшой банкетный стол. В меню у физиков — чай двух сортов, тортик из ближайшей кондитерской лавки и фрукты. Да еще коллеги-преподаватели пришли с угощением: кто принес из дома салат, кто выпечку. Мне, случайному гостю, тоже наливают крутого кипятку, дают пакетик с заваркой и чуть ли не насильно усаживают к столу. Во время чаепития — разговоры о работе. Помалкиваю, с вопросами не лезу и мотаю на ус.

Из обсуждений узнаю, что суть открытия сибиряков уже широко известна во всем мире. Результаты их экспериментов обсуждали на самых престижных научных конференциях в США, Греции, Черногории, Германии, Чехии, Китае. В российских и международных специализированных журналах опубликовано более 50 статей. Тщательную экспертизу проводили профильные институты и институты РАН. Единственное, что несколько удручает авторский коллектив: путь от научного открытия до его применения на практике, в промышленности, слишком долог. Так что технической революции может и не произойти. Или случится она совсем не скоро.

– Как же так? — не удерживаюсь я, — ведь это прорыв! Любая металлическая деталь от болтика до рельса может стать в 2–3 раза прочнее, а это никому не известно?

– Известно, но узкому кругу специалистов, ученых, — отвечает мне профессор Громов. — Мы — физики, нас особенно не должно интересовать, как и где это будет работать. Наша задача — выяснить природу явлений. Вот мы поняли, что происходит с металлами при воздействии электронами. И в чем причина повышения усталостного ресурса. Да, у нас в Сибири, особенно в индустриальном Кузбассе, многие детали машин и конструкций эксплуатируются в режиме повышенной нагрузки. Это относится в первую очередь к горнодобывающей промышленности, к точному и химическому машиностроению и главное — к железнодорожному транспорту, к рельсам, где одним из факторов, приводящим к повреждениям путей, является как раз усталость металла. И на самом деле мы делаем любой металл как минимум вдвое надежнее. Но сразу перенести результаты наших исследований на практику мы не можем. Камера опытного излучателя небольшая, она способна вместить лишь маленькие детали. Если речь касается больших изделий, например рельсов, которые у нас выпускают и по 25 и по 100 м длиной, то нужна существенная модернизация этой установки. Но пока такую задачу перед нами не ставили. Если кого-то из промышленников и предпринимателей заинтересует наше открытие, мы готовы сотрудничать.

По словам профессора, российский бизнес сегодня заинтересован в том, чтобы покупать готовые технологии. Вкладывать деньги в изобретение новых — рискованно, и тут коммерсантов можно понять: их предприятиям нужна быстрая отдача от вложенных средств.

– Во время Великой Отечественной войны нужна была крепкая броня для танков. И ученые нашего института разработали способ обработки листовой стали, который сделал броню практически непробиваемой для вражеских снарядов. И на Кузметкомбинате, флагмане тяжелой промышленности СССР, эту разработку приняли. Тогда изобретение внедрили почти моментально. А сейчас войны нет, нет Сталина, стимулы для внедрения научных разработок могут быть только экономическими, — вздыхают сотрудники кафедры.

Ученые надеются, что исследования будут продолжены. Признание открытия на международном уровне — дополнительный фактор при рассмотрении различными ведомствами заявок на получение грантов. Уже есть планы на разработку новых, более совершенных технологий обработки металлов. При должном финансировании техническая революция все-таки может состояться.

– Это работа тяжелая, каждодневная, но любимая. Конечно, когда есть признание, это хорошо, — улыбается Виктор Громов, когда его прерывает звонок мобильного телефона. После непродолжительного разговора он вновь возвращается к коллегам. — Представляете, мне как руководителю авторского коллектива от университета положен ценный подарок. Дадут наручные часы памятные!

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе