Щоб м’яким став… вольфрам
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Тисячі років під час кування метал тільки гріли. Закони пластичності здавалися зрозумілими – при нагріванні зменшуються зв’язку між атомами, їх рухливість збільшується, при цьому кристалічна решітка як би розхитується, легше піддається зовнішнім впливам. Але для високоміцних металів і сплавів, створених в останні десятиліття, температури і тиску виявилося недостатньо.
Наприклад, для виготовлення вольфрамової стрічки, яка широко використовується в приладобудуванні, вихідний дріт доводиться пропускати між валками прокатного стану до десяти разів. Отримана стрічка залишалася тендітною і ламкою, а її поверхня виходила низької якості, з тріщинами, зазублинами.
Вчені наполегливо шукали ефективні способи обробки вольфраму і знайшли. Виявилося, що електричний струм сильно впливає на пластичність, якщо його пропускати під час обробки якраз через ту ділянку заготівлі, до якого прикладено тиск валків. Але струм цей повинен бути дуже високої щільності.
І ось вольфрам стає пластичним, немов мідь, при щільності струму 106 ампер на квадратний сантиметр. А щоб метал не розплавився від такого великого струму, його поверхню інтенсивно охолоджують. В результаті вольфрамову стрічку товщиною в 15 мікрон (!) отримують за один-два проходи і набагато кращої якості.
Як вважають автори, цей спосіб приводить в дію нові «сили» всередині металу на додаток до механічних. По-перше, струм великої щільності створює сильне магнітне поле, що викликає додаткове магнітне зусилля в металі. По-друге, через охолодження поверхні металу виходить різниця температур, що досягає 103-105 градусів на сантиметр між внутрішніми і зовнішніми шарами заготовки, що викликає ще додаткові термічні зусилля. Все це разом робить податливим і пластичним метал.
А електронний мікроскоп дозволив порівняти структури металів, оброблених традиційним і новим способами.
Вчені перевірили, що цей спосіб дозволяє управляти пластичністю будь-якого самого міцного і крихкого металу і сплаву. Якщо врахувати, що майже 90 відсотків металу обробляється методом тиску (штампування, пресування), неважко помітити, яку економію принесе введення цього способу у виробництво.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.