Создано человеком

В общем уровень характеристик конструкционных материалов у нас в стране и за рубежом достаточно велак. У стали он, например, 25-32 километра (такова единица измерения) по прочности и 2500-2600 километров по модулю упругости, примерно такие же показатели и у алюминиевых сплавов.

Достаточно сопоставить эти числа, чтобы выявить нечто парадоксальное: показатель по модулю упругости и для стали, и для алюминиевых сплавов один и тот же.

Практически так на самом деле и есть. Удельный модуль упругости всех металлических сплавов (кроме сплавов бериллия) не превышает 2500-2600 километров.

Дело в том, что модуль упругости - "орешек" крепкий. Его не одолеть ни термической обработкой, ни деформационными изменениями. Другими словами, все технологические приемы, перед которыми "пасует" удельная прочность, применительно к модулю упругости оказываются бессильными. Но почему же в таком случае возник широко известный парадокс: даже самые высокие прочностные достоинства материалов не гарантируют столь же высокой надежности конструкций? Более того, у них появляются новые пороки, не проявлявшиеся ранее, когда использовались менее прочные конструкционные материалы? Увеличивается, например, чувствительность к концентрации напряжения, когда какая-то часть изделия испытывает большие нагрузки?

Но какая же конструкция обходится без таких концентраций? Просверлили отверстие - сконцентрировали напряжение. Изменили сечение конструкции опять же рискуете вызвать "бунт" напряжения. А под его воздействием быстрее возникает коррозия, проявляется опасность трещин.

Тем, кто помнит довоенное время, хорошо знакомо, например, слово "дюралюминий". Для большинства именно с названием этого сплава ассоциируется появление в магазинах страны посуды, хозяйственного инвентаря, сделанного из легкого практичного материала.

Для ученых с дюралюминием связаны несколько иные воспоминания. Он первая удачная попытка упрочения алюминия. Легированный медью и магнием металл и давал сплав, поражающий всех своей прочностью - 40 кг/мм2. Казалось бы, чего же желать лучше? Используй по своему назначению дюралюминий хоть в технике, хоть в народном хозяйстве! Но такова уж жизнь, что остановок в ней не бывает. Если прочность дюралюминия уже 40 кг/мм2, то почему не получить и еще более прочный сплав?

Вероятно, примерно так рассуждали химики и металлурги того времени. Тем более что развивающаяся техника и промышленность остро нуждались в сверхпрочных сплавах. А к повышению прочностных характеристик, казалось бы, нет препятствий. Стоит в алюминиевые сплавы, легированные медью и магнием, ввести дополнительно цинк (при этом, конечно, изменить процентное содержание меди и магния), как прочность их удвоится. Но то - теория. Что же получилось на практике?

Изготовленные в те годы по новому способу сплавы растрескались еще в складских помещениях металлургических заводов, так и не попав к потребителю. Почему?

Все по той же причине: сплавы погибли от коррозии под напряжением. А ее спровоцировала обычная влажность.

Но сколь ни печальна оказалась попытка упрочения алюминиевого сплава, именно она привела исследователей к выводу о том, что необходимо искать так называемые добавки - стабилизаторы. Ну и, разумеется, совершенствовать режимы термической обработки сплавов.

Итогом всех этих поисков явилось понижение склонности алюминиевых сплавов к коррозии под напряжением.

Конечно, исследования в данном направлении велись не год и не два. Причем в разных странах они нмели своп особенности, С историей одного из них и связана трагедия американских самолетов "Мартин-202".

Машины данной конструкции преследовали поистине роковые "случайности": в полете на большой высоте у них обрывались крылья. Однако самые тщательные анализы компетентнейших комиссий, проверявших конструкцию самолета, так и не нашли в ней изъянов. Очень скоро, однако, о себе заявили во всеуслышанье непредвиденные, необъяснимые происшествия и с истребителями "Скорпион". И опять ученым и экспертам пришлось взяться за кропотливую работу. Что же выяснилось?

В тех и других случаях причина бедствий не в конструкторском решении машины, а в использовании при их реализации алюминиевых сплавов, в которых обычные для алюминия примеси, такие, как железо и кремний, при повышении прочности "срабатывают" в прямо противоположном направлении: в металле развивались усталостные трещины, и кованые стыковые узлы "Скорпиона" разрушались. А поскольку губительный процесс развивался не сразу, а под воздействием повторных нагрузок, то в качестве виновника аварии в первую очередь было заподозрено конструкторское решение этой модели самолета. Когда же истинную причину бедствия установили, содержание железа и кремния в сплаве пришлось снизить до непривычного уровня - порядка одной десятой или даже сотых долен процента.