Чтобы мягким стал… вольфрам
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Тысячи лет во время ковки металл только грели. Законы пластичности казались понятными — при нагревании уменьшаются связи между атомами, их подвижность увеличивается, при этом кристаллическая решетка как бы расшатывается, легче поддается внешним воздействиям. Но для высокопрочных металлов и сплавов, созданных в последние десятилетия, температуры и давления оказалось недостаточно.
Например, для изготовления вольфрамовой ленты, которая широко используется в приборостроении, исходную проволоку приходится пропускать между валками прокатного стана до десяти раз. Полученная лента оставалась хрупкой и ломкой, а ее поверхность получалась низкого качества, с трещинами, зазубринами.
Ученые настойчиво искали эффективные способы обработки вольфрама и нашли. Оказалось, что электрический ток сильно влияет на пластичность, если его пропускать во время обработки как раз через тот участок заготовки, к которому приложено давление валков. Но ток этот должен быть очень высокой плотности.
И вот вольфрам становится пластичным, словно медь, при плотности тока 106 ампер на квадратный сантиметр. А чтобы металл не расплавился от столь большого тока, его поверхность интенсивно охлаждают. В результате вольфрамовую ленту толщиной в 15 микрон (!) получают за один-два прохода и гораздо лучшего качества.
Как считают авторы, этот способ приводит в действие новые «силы» внутри металла в добавление к механическим. Во-первых, ток большой плотности создает сильное магнитное поле, вызывающее дополнительное магнитное усилие в металле. Во-вторых, из-за охлаждения поверхности металла получается разность температур, достигающая 103 —105 градусов на сантиметр между внутренними и внешними слоями заготовки, что вызывает еще добавочные термические усилия. Все это вместе делает податливым и пластичным металл.
А электронный микроскоп позволил сравнить структуры металлов, обработанных традиционным и новым способами.
Ученые проверили, что этот способ позволяет управлять пластичностью любого самого прочного и хрупкого металла и сплава. Если учесть, что почти 90 процентов металла обрабатывается методом давления (штамповки, прессовки), несложно увидеть, какую экономию принесет введение этого способа в производство.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.