И прочная, и пластичная

В жестокие северные морозы птицы замерзают на лету и даже деревья трескаются. Холод заставляет древесину сжиматься так сильно, что волокна наконец не выдерживают. Но гораздо чаще, чем деревья, ломается на морозе... сталь. Та самая, что считается синонимом крепости и прочности. В северных широтах, когда столбик термометра падает до отметки —40° или даже — 50°, сталь не выдерживает. С жалобным стоном разлетаются канаты, тяги, шестерни, оси. Особенно в тех машинах, на которые все время обрушиваются удары, так называемые динамические нагрузки: непрерывным ударам подвергаются вагоны на стыках рельсов, автомобили и тракторы на ухабах. Вроде бы и не так сильны эти удары, но когда они повторяются часто, металл «устает» и разрушается. И машина превращается в груду обломков. А среди бескрайнего белого безмолвия поломка машины подчас ставит под угрозу жизнь людей.

Разумеется, не всякая сталь не терпит холодов. Специальные высоколегированные стали не изменяют своих свойств и при температурах, близких к абсолютному нулю. Но эти стали очень дороги, и делать из них изделия массового назначения экономически не выгодно. Подавляющее большинство деталей транспортных машин делают из обыкновенной низколегированной конструкционной стали. Почему же именно этот наиболее распространенный материал подводит в тяжелых условиях Севера? Все дело опять-таки в химической чистоте.

Мы помним, что в металле крошечные зернышки, соединяясь друг с другом, образуют определенную структуру, от которой и зависят все его свойства. Чем чище, чем однороднее металл, тем выше его прочность, пластичность, вязкость. Вся многовековая история металлургии — это, по сути, борьба за качество металла, борьба с посторонними примесями. Какие только способы для этого не применяют, начиная от «простейших»: во время разливки стали в формы-изложницы их накрывают специальными крышками-надставками. Это позволяет вытягивать примеси в верхнюю часть слитка, которую потом отрезают и отправляют в переплавку. До двадцати процентов готовой стали теряется при такой операции. И ничего не поделаешь — надо! Но и это не обеспечивает нужной чистоты металла. Поэтому применяют вакуумирование в печах и вне печей и много других «хитростей». Все подобные способы требуют дорогостоящих приспособлений, сложных технологических процессов и... опять-таки не обеспечивают полной чистоты металла. Суровый контролер — мороз — доказывает это с полной очевидностью.

Мельчайшие примеси серы, фосфора, кислородных соединений и других посторонних веществ резко ухудшают свойства стали и, в частности, понижают ее стойкость к ударам при низких температурах. Металлурги говорят: снижается хладостойкость стали. Иными словами, ухудшается пластичность металла: сталь, оставаясь такой же прочной, делается хрупкой. Существовала давно признанная теория, которая, казалось бы, объясняла эти явления. Ну, а те факты, что не «укладывались» в теорию, относились к разряду исключений, без которых, как известно, не существует правил.

Среди исключений был и тот весьма примечательный факт, что далеко не все примеси снижают хладостойкость металла.

Борьба за качество — это борьба за прочность и пластичность. Вспомните шпагу, которая пробивает стальной панцирь, и в то же время легко сгибается в дугу. И однако, пока еще никому не удавалось придать металлу эти два замечательных качества в равной степени. Металлургия знает достаточно способов повысить прочность стали. Из них простейший — увеличить содержание углерода. Но при этом ухудшается пластичность. И наоборот, с увеличением пластичности падает прочность. Тут приходится выбирать, какого качества придать металлу побольше, исходя из назначения изделия. А нельзя ли все-таки совместить эти противоречивые свойства, соединить высокую прочность с высокой пластичностью? Чтобы понять сложность такой задачи, представьте себе глину, которая должна легко принимать любую форму под пальцами скульптора и в то же время сохранять первоначальную форму, не поддаваясь никакому внешнему воздействию.