Создание металловедческой лаборатории, в которой перед исследователем развертывается картина «большого в малом», где изучаются не громоздкие образцы, а «горки» из атомов, высотою в доли миллиметра, естественно, было сложным и трудным делом.
Так, например, чтобы приготовить совершенно чистый металл для будущего образца, его приходилось переплавлять в пустоте и выдерживать жидким довольно долго, — иначе в нем оставалось много газа, а «газированный» металл для исследований не годился. Испарение должно идти равномерно, и это доставило немало забот. Зачастую поверхность испарителя — металлического шарика — оказывалась как бы изъеденной со всех сторон неравномерным испарением, и сплав получался неправильного состава.
Однако работа была успешно закончена и в 1946 году удостоена Сталинской премии первой степени.
Применяются и другие методы «скоростного» определения свойств сплавов. С точностью до тысячных, а иногда и до десятитысячных долей процента обнаруживает примеси спектральный анализ. Делает он это так быстро, что назвали его экспрессным анализом.
Создать высокопрочный сплав, как мы знаем, нелегкая задача. Она тем более сложна, что прочные сплавы имеют свои особые свойства, с которыми нельзя не считаться.
Что же это за свойства?
Кое-что о них мы уже говорили, когда рассказывали о создании жаропрочных сплавов. Сплавы «отзываются» на перемену условий — нагрузки, температуры. И надо добиться, чтобы эти изменения шли очень медленно, не мешая работе машины. А, значит, кратковременными испытаниями уже нельзя ограничиться. Нужны длительные испытания, чтобы уверенно строить машину.
И это не все. Можно судить о детали не по самой детали, а по кусочку металла — образцу. Из такого металла потом будут сделаны части машины. И если образец ведет себя хорошо, выдержит все испытания, то и за деталь можно быть спокойным.
Схема стилоскопа — прибора для спектрального анализа стали.
Испытания образцов новых сплавов отвечают металлургу, каким же получился сплав, добился ли он тех качеств, какие требуют от него производственники.
Вот как решили задачу профессор И. И. Корнилов и инженер В. Ф. Проханов.
Вместо сложных и громоздких испытательных машин — небольшой диск. На нем, как зубья в бороне, разместились по кругу металлические палочки — образцы. Диск помещен в электропечь, где можно получить высокую температуру. Он вращается с огромной скоростью.
Во время испытаний образцы на диске изгибаются, как будто тонкие деревца под сильным ветром. Центробежная сила и высокая температура — причина этого. И по тому, как они изогнулись, можно судить о жаропрочности сплава, его стойкости к нагрузкам и температурам.
Но как же увидеть образцы на диске, который вертится со скоростью в 2 000 или даже больше оборотов в минуту? Они сливаются в сплошной блестящий круг.
Заглянем в маленькое окошечко в крышке печи. Мы увидим образцы… стоящими неподвижно. Как будто оборвалась кинолента и на экране все застыло.
Это делает стробоскоп — оптический аппарат, который «останавливает» быстровращающиеся предметы. В стробоскопе предмет освещается лишь тогда, когда он, вращаясь, появляется перед окошечком все время в одном и том же месте. А так как вращение идет очень быстро, глаз не успевает заметить мигание света — для нею изображения сливаются в одно, как кадры на экране. И мы видим освещенный предмет как бы застывшим.
Стробоскоп применяют для изучения быстроходных механизмов. С его помощью наблюдают, например, работу высокоскоростных подшипников. В испытательной машине стробоскоп позволяет увидеть, как ведут себя образцы жаропрочных сплавов.
Часто нужны бывают испытания не только образцов, но и готовых деталей, а иногда и всей машины в целом, в условиях настоящей ее работы.
Испытания же быстроходных машин — дело не простое. Наблюдать за изменениями свойств металла в машине, где детали двигаются с большими скоростями, естественно, труднее, чем в тихоходной машине.
Способов испытаний сейчас известно мною. За напряжениями в быстровращающейся детали можно наблюдать на прозрачных моделях.
Модель, например турбинного диска, делают из прозрачной пластмассы. Диск помещают в печь и вращают с большой скоростью. В пластмассовом диске возникают напряжения — такие же, как и в настоящей турбине. Оптические приборы помогают нам их увидеть, узнать, что происходит с материалом во время работы машины. Яркие радужные рисунки, похожие на причудливую раскраску крыльев какой-нибудь тропической бабочки, показывают «линии напряжений», и по ним можно судить, каковы напряжения, где они больше, где опасные места.