Как закалялась жесть
Человек, работающий в металлургии, часто представляется нам брутальным мужиком, который без особой рефлексии пилит, расплющивает, растягивает, плавит сталь и чугун в огромной доменной печи… Наш корреспондент побывал в Институте физики металлов УрО РАН и убедился, что уральская металлургия — это не просто жесть, а особый сплав суровости и творчества.
Проверка на прочность
В большом кирпичном здании на территории института темно и холодно, под ногами шуршит металлическая стружка, а во рту чувствуется привкус крови, словно я рассекла губу. Пока Алексей Волков, заведующий лабораторией прочности Института физики металлов, шарит по стене в поисках рубильника, чтобы включить прожектор, я всматриваюсь в силуэты огромных станков, на которых ученые подвергают металлы физическим экзекуциям — проверяют их свойства.
— Этому цеху лет больше, чем мне: он в 30-х годах построен. Тут все железом пропахло, — Волков наконец врубает свет и указывает на большой станок с кучей рычажков. — Вот на нем несколько километров железнодорожных рельсов прошли испытания. А это чудо, — ученый подходит к механизму высотой с двухэтажный дом, — стотонный пресс, который видел само сотворение нашего института: сначала его тут установили, а потом вокруг стены построили.
Алексей берет со стола, заваленного прутьями, трубками, стальными заготовками, какую-то деталь из светлого металла.
— Устроим сеанс практической магии! — он передает мне эту легкую, смахивающую на пустую гильзу штуковину и начинает возиться со щитком, управляющим прессом.
Помещение наполняется страшным гудением. Волков распахивает скрипучие дверцы гигантского станка — открываются блестящие, смазанные солидолом внутренности. Это силовой механизм.
— Ставь, — командует ученый, кивая на подставку под давящей плитой пресса.
Торопливо сую туда детальку и скорее отхожу. Страшновато.
Плита пресса медленно опускается. Давящий механизм уже коснулся гильзы, она накреняется, словно сгорбившийся Атлант, уставший держать небо. Должно быть, сейчас она будет гнуться все больше, пока не сровняется с площадкой, на которой стоит, но вдруг трескается и разлетается на мелкие крошки. Они оседают на волосах Алексея, сливаясь с его сединой.
— Это магний, очень и очень хрупкий металл. И легкий — из него делают некоторые элементы в авиационной промышленности, — поясняет ученый. — Вот мы научились делать так, чтобы при сжимании магний не рассыпался, а просто увеличивал свою плотность и расплющивался. Это наше ноу-хау и секрет фирмы, которым недавно заинтересовались японцы — они хотят сделать новые долговечные аккумуляторы с использованием тоненьких магниевых пластин, и французская авиастроительная корпорация Airbus.
Волков достает из кармана и протягивает мне тоненькую пластинку, завернутую в пакетик. Она такого же светло-металлического цвета, как и та деталь, которую только что размозжил пресс.
— Это тоже магний? — спрашиваю я, растягивая и сжимая серебристую полоску, легкую, словно сложенная в несколько раз оберточная фольга.
— Да, после нашего, так сказать, оперативного металлургического вмешательства он стал эластичным.
— И много вот таких прикладных технологий создает ваш институт?
— Вообще говоря, мы о прикладном применении почти не думаем. Уже когда что-то получится, предлагаем разным предприятиям. А так занимаемся чем нравится, идеи ловим, можно сказать, в воздухе. Вот ехал я как-то на троллейбусе — он остановился, застрял. Вышла женщина-водитель в оранжевой куртке и стоит, бедная, смахивает какой-то палкой что-то с проводов — это она так щетку меняла, которая ездит по проводам и усы троллейбуса током запитывает. Мне так ее жалко стало, что я придумал технологию, как сделать эти щетки более износостойкими, а провода прочными, чтобы не рвались.
Мужик сделал
— Попробуй оторви, — мне протягивают две железные болванки, будто приклеенные друг к другу. Тяну их в разные стороны изо всех сил, но не то что оторвать — даже сдвинуть с места не получается.
— Это новые ферромагнитные материалы, которые мы разрабатываем в институте, — с гордостью произносит академик РАН Владимир Устинов, директор ИФМ.
«Есть материалы, сотворённые Богом, а мы изобретаем материалы, которые Он создать не догадался: особо прочные магниты, стали с памятью формы...»
— Они точно ничем не припаяны?
— То-о-очно, — директор, усмехнувшись, забирает у меня болванки и кладет их на свой стол, который с одного края выглядит прилично и опрятно, как стол большого начальника, а с другого завален маленькими металлическими трубочками и увесистыми стальными деталями — почти как в лаборатории прочности.
— Эти материалы не только обладают огромной магнитной энергией, но еще и очень прочные, что вообще-то магнитам не свойственно, — продолжает Устинов. — Вот знаете прекрасную фразу Жореса Алферова, академика РАН и нобелевского лауреата: «Мы создаем материалы, которые бог создать не догадался»? Например, в Новоуральске занимаются обогащением урана. Для этого используются огромные центрифуги с магнитными двигателями, которые разгоняются до скорости около тысячи оборотов в секунду. И если бы там был обычный природный магнит, его бы непременно разорвало. А мы в институте добавляем в магниты некоторые компоненты, благодаря чему их прочность многократно повышается.
На опрятном краю директорского стола замечаю единственную фотографию — черно-белый портрет, наверное, кто-то из уральских физиков.
— Это академик Сергей Вонсовский, — ловит мой взгляд Устинов. — Физик-теоретик из нашего института, как раз занимался ферромагнитами и основал научную школу, работающую в этом направлении. Великий ученый и бесстрашный мужик.
— А что он такого сделал, что вы называете его бесстрашным?
— Как-то ему пришлось провести эксперимент над своей жизнью. Во время Великой Отечественной он, хотя всегда занимался только теорией, создал магнитный дефектоскоп «УФАН» для проверки корпусов артиллерийских снарядов, которые в то время проверялись вручную. Вонсовский прогнал через свой дефектоскоп несколько сотен отбракованных вручную снарядов и сказал, что их можно использовать, так как прибор серьезных повреждений не обнаружил. На что ученому предложили встать рядом с пушкой, когда она будет стрелять снарядом, удачно прошедшим его дефектоскопию. И если снаряд не рванет вместе с пушкой и с ним самим, изобретение будет одобрено. И он встал, конечно же… Мужик ведь сделал. И ничего не рвануло. Потом этими приборами все заводы страны оснастили.
Вид изнутри
— Чем отличаются колеса пассажирского поезда от колес грузового состава? — интригует заведующий лабораторией цветных сплавов и руководитель центра электронной микроскопии Владимир Пушин.
— Хмм… Ну, раз мы в том месте, где металлы изучают под микроскопом и смотрят их структуру, то, вероятно, разница в структуре материала, — изображаю я Шерлока Холмса.
— Так и есть, — кивает Пушин и просит научную сотрудницу Людмилу Кузьминых показать на компьютере, как выглядит структура колеса товарного поезда.
На экране появляется черно-белая картинка с каким-то серым пористым веществом, похожим на губку в разрезе; в некоторых порах будто скопилась жидкость.
— Вот эти вкрапления видите? Это сульфид марганца, очень опасная для стали штука, которая разрушительно действует и сильно охрупчает сталь, — тычет пальцем в капельки на экране Пушин. — Как-то раз с рельсов сошел грузовой поезд, и нам отдали на экспертизу его колесо. Так вот, ответ на вопрос, чем колеса грузовых составов отличаются от пассажирских, еще и в том, что грузовые делаются из более дешевых сплавов стали, а пассажирские из плотных, прочных и дорогих.
На мониторе, куда выводится изображение с электронного микроскопа, начинают меняться картинки.
— Вот это Челябинский метеорит — его нам тоже приносили смотреть, там вкрапления меди есть, их хорошо видно, — комментирует Пушин. — А вот это кусочек теплохода «Булгария». Когда крушение произошло, из Татарстана привезли на экспертизу образец. Мы устанавливали, какие структурные изменения в связи с долгой эксплуатацией произошли в материале, из которого был изготовлен корпус судна.
На экране появляется следующий слайд с выложенными ровными рядами серыми горошинами.
...на экране появляются толстые чешуйчатые змейки, прямо как в рекламе шампуня. Версия про брюнеток и блондинок подтверждается: мой волос на 20 микрон толще.
— А это кусочек наноструктуры — их тоже у нас изготавливают. Вот видите, какие мелкие зернышки, одно к одному. Сейчас мы, смешивая нанопорошки металлов с разными свойствами, пытаемся получить сплавы, которые были бы такими же упругими, как волосы. Ведь они за счет чего такие…
— О, а можно же свои волосы под микроскопом посмотреть, вот я и пойму, за счет чего, — перехватываю я инициативу.
— Да запросто, если вам не жалко. Выдергивайте, — Людмила достает из микроскопа пластинку, на которой размещается образец, и сдувает с нее пыль спринцовкой.
— А, кстати, знаете, что темные волосы гораздо толще, чем светлые? Вот сейчас теорию и проверим, — хихикает научная сотрудница, принимая по волоску от меня, шатенки, и фотографа-блондинки.
Через несколько минут на экране появляются толстые чешуйчатые змейки, прямо как в рекламе шампуня. Версия про брюнеток и блондинок подтверждается: мой волос на 20 микрон толще.
— Вот видите, благодаря чешуйчатому строению они легко изгибаются, как змеи. Мы хотим создать такую же структуру, точнее, внутри будет прочный тонюсенький провод — тоньше человеческого волоса, а снаружи одетый в такую вот чешуйчатую шкурку из другого наноматериала. Такие проволочки, очень прочные и гибкие, можно было бы использовать в медицине для изготовления сосудистых протезов нового поколения.
Послушный металл
Представьте себе нефтяную скважину — огромную дыру, уходящую на несколько сотен метров вглубь, в которую вставлена стальная труба. И вот со временем из-за механических воздействий, окисления и появления коррозии в ней образуется брешь, через которую драгоценная нефть утекает в почву. Ученые из ИФМ придумали, как решить эту проблему.
— Мы сделали стальной сплав с удивительными свойствами, одно из которых — память формы, — рассказывает Пушин.
— Память формы… она в медицине вроде давно используется.
— Да, есть никелид титана, способный запоминать изначальную форму. Но мы говорим об огромном — в несколько центнеров — куске стали!
Починить нефтяную скважину теперь просто. Нужно свернуть эту послушную сталь в свиток, диаметр которого меньше скважины. Опустить в прохудившуюся трубу и подогреть на пару сотен градусов. Через некоторое время свиток вспомнит, что когда-то был прямым листом, расправится прямо в трубе и плотно закроет дырку — как пластырем ее залепит.
На столе у Пушина лежат изящные, скрученные спиралью проволочки — это протезы для пищевода, приборы для извлечения камней из почек, мочевого и желчного пузырей.
— Это все ваших рук дело? — осматриваю я цветмет в ассортименте.
— Да, я разрабатываю сплавы, которые будут применимы не только в нефтяной промышленности, но и в медицине. Еще в 90-е годы запатентовал вместе с главным урологом Екатеринбурга Владимиром Журавлевым прибор из металла с памятью формы, который под воздействием малюсенького нагревания превращается в корзиночку и захватывает камни в почках или в мочевом пузыре. В России мы первые такую технологию внедрили. И вот в память о сем событии я даже увлекся коллекционированием камней, которые из человека достают.
Пушин приоткрывает стеклянную дверцу шкафа и достает из него две коробочки, в каждой из которых около десятка флакончиков с крохотными желтоватыми камнями.
— Это мой сад камней.
Доверив коробочки мне, ученый достает белое блюдце, по которому перекатывается внушительных размеров — где-то сантиметр в диаметре — круглый камешек.
— Его я больше всего люблю, — Пушин снова перекатывает камень по блюдцу.
— Потому что он самый крупный?
— Нет. Потому что он из женщины. Приятно думать, что какой-то прекрасной особе стало намного лучше благодаря нашей работе. Кто-то тащится от изящества линий на полотне, от искусства художественного литья или чеканки. А я смотрю на каждый такой камешек и как настоящий металлург наслаждаюсь мыслью, что изобретаю сплавы, которые кому-то в чем-то помогают.
Опубликовано в журнале "Кот Шрёдингера" №2 (02) декабрь 2014 г.
Подписаться на «Кота Шрёдингера»
