Прочность

Сотрясая воздух страшным ревом, выбрасывая длинные языки пламени, отрывается от земли огромная ракета, унося в космос корабль со смельчаками, прокладывающими новые пути человечеству. Огромна мощь ее двигателей, каждый из которых во много раз сильнее двигателей самого большого океанского лайнера. Но... оказывается, двигатели работают чуть ли не вполсилы. Их приходится искусственно «сдерживать».

Реактивный двигатель тем мощнее, чем выше температура в его камере сгорания. Но, значит, сама камера сгорания должна быть сделана из таких материалов, которые длительное время могут выдерживать огромные давления газов при высоких температурах — две тысячи градусов и выше. А такие материалы пока не созданы. Правда, самые лучшие из имеющихся сейчас жароупорных сплавов выдерживают и гораздо большую температуру... если их просто нагревать. Но когда к высокой температуре «присоединяется» и высокое давление, эти сплавы расплавляются, как масло на раскаленной сковородке. Вот и приходится температуру в камере сгорания космической ракеты искусственно понижать и тем самым уменьшать мощность.

Кто побывал на заводах тяжелого машиностроения, тот видел, как изготавливаются детали длиной в три-четыре десятка метров. Если поставить их стоймя, они превышают высоту 12-этажного дома. В диаметре эти детали имеют два-три метра и весят сотни тонн. Несведущие люди восхищаются: какая мощь, какая сила! А вот у специалистов эти махины вызывают печальные мысли. Ибо не сила это, а слабость нашей металлургии, которая пока не сумела изготовить достаточно прочные материалы. И приходится недостаток прочности восполнять за счет массы.

Из таких деталей делают океанские лайнеры и железнодорожные мосты, гигантские прессы, исполинские турбины. Если эти машины и сооружения разрушаются во время работы, это грозит не только колоссальными убытками, но и человеческими жертвами. Вот для того, чтобы этого не случилось, таким гигантам придают десяти-, а то и двадцатикратный запас прочности. Это значит, что если мост рассчитан на одновременное количество пассажиров и автомашин общим весом в сто тонн, то его строят так, чтобы он выдерживал одну-две тысячи тонн. (Впрочем, как мы убедились, мосты все равно обрушиваются.)

А ведь запас прочности — это очень невыгодно. Все детали делаются толще, массивнее. На них уходит много «лишнего» металла. Но это еще не все. «Лишний» металл увеличивает собственный вес моста, лайнера, турбины и т. п. Еще не нагруженный, мост уже стал тяжелее. Приходится еще больше увеличивать его прочность, а вместе с ней и массивность. И эта проблема существовала во все века. Поэтому машиностроители и требуют все время от металлургов: повышайте прочность металла! Чем прочнее металл, тем меньше его идет на детали, тем изделие будет легче и дешевле.

Но пора наконец разобраться, что же это такое — прочность.

К сожалению, однозначного ответа на этот вопрос не существует. Прочность бывает разная. Если деталь в процессе работы изгибается, как автомобильная рессора, то она должна обладать прочностью на изгиб. Кузнечная наковальня, по которой все время бьют, должна сопротивляться разрушению от ударов. От подшипника, в котором вращается вал агрегата, требуется прочность на износ, а от самого вала — прочность на скручивание. Металл, из которого сделана камера сгорания ракеты, должен, как мы уже говорили, выдерживать высокие температуры под нагрузкой, то есть обладать жаропрочностью. Металл, идущий на изготовление химического оборудования, не должен разрушаться под действием кислот и щелочей. Кроме того, все стальные изделия должны сопротивляться ржавлению, или, как говорят ученые, коррозии (от латинского слова «коррозио» — разъедание).