Создано человеком

Так появились сплавы повышенной чистоты, так называемые "пч", и "оч" очень чистые. Дополнительно был уточнен и процесс термической обработки. Были разработаны и нашли широкое применение методы, смягчающие режим старения, обеспечивающие хорошую коррозионную стойкость и повышенную вязкость сплавов при некотором снижении статической прочности. В результате сплавы, отличавшиеся на заре своего появления исключительной чувствительностью к коррозии и повторным нагрузкам, ныне обладают высокой коррозионной стойкостью и вполне удовлетворительной сопротивляемостью к повторным нагрузкам. Такова уж диалектика развития научного поиска.

Правда, не обошлось и без усовершенствования конструкций. Пришлось увеличить радиусы переходов, устранить резкие перепады сечений - всякого рода риски и другие концентраторы напряжений. Чуть позже именно из высокопрочных сплавов были построены и успешно эксплуатировались крылья первого в мире реактивного пассажирского самолета.

И опять возникла иллюзия, что алюминиевые сплавы незаменимы при создании конструкционных материалов, и вновь очень скоро на смену ей пришло разочарование - алюминиевые сплавы с цинком при низких температурах "не работали", становились хрупкими. Вот почему американские специалисты отказались от их применения при создании системы "Спейс-Шаттл". И для изготовления баков под горючее ("Шаттл" использует жидкий водород, температура которого - 253° С, а в качестве окислителя - жидкий кислород 196° С) пришлось взять алюминиевый сплав средней прочности (порядка тех же довоенных 40 кг/мм2).

Правда, при средней прочности этот сплав, легированный медью и марганцем, отличается той прекрасной особенностью, что с понижением температуры практически вплоть до температуры жидкого гелия у него параллельно растут и прочность, и пластичность.

Вот сколько времени и усилий потребовала разгадка тайны прочности алюминиевых сплавов, а доведение ее до уровня 60 кг/мм2 с одновременным улучшением характеристик новых сплавов до нужной кондиции заняло более 30 лет. В настоящее время работы по дальнейшему повышению прочности сплавов ведутся сразу в нескольких индустриально развитых странах. Теперь берется еще более высокий рубеж - 75 кг/мм2.

Задача эта крайне сложная. И совершенно очевидно, что сплавы с такой невиданной прочностью будут иметь узко ограниченное применение. К тому же не ясны возможности дальнейшего существенного повышения прочности конструкционных алюминиевых сплавов. И не ждет ли исследователей за едва приоткрывшимся горизонтом еще одна загадка - сказать трудно.

Аналогично положение и с другими сплавами. Правда, в последние годы во всем мире наблюдается истинный бум по поводу разработки алюминиево-литиевых сплавов.

Такую заинтересованность в этом материале нетрудно объяснить. Как известно, литий - элемент легкий. Введение его в алюминиевые сплавы позволяет снизить их плотность на 8-12 процентов при сохранении удовлетворительной прочности и даже некотором повышении модуля упругости. Применение данных сплавов уменьшает вес всей конструкции. А это уже новый этап в создании конструкционных материалов, тогда как вся предшествующая история знала лишь повышение удельной прочности за счет роста ее абсолютных значений.

Другими словами, сейчас в действие вступил знаменатель той дроби, где он - удельный вес материала, а числитель - прочность. Обобщая же современный этап развития конструкционных материалов, неизменно приходишь к единственному выводу: высокие удельные и абсолютные прочностные характеристики сталей, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов уже достигнуты и возможности их дальнейшего существенного прироста невелики.

Вместе с тем хорошо известно, что самые высокие прочностные характеристики лучших современных сплавов еще далеки от теоретической прочности кристаллических тел. А она, как показал член-корр. Я. И. Френкель, может достигать колоссальной величины - 1000 кг/мм2 N и выше. Чем же объяснить столь гигантское расхождение между теоретической и практической прочностями?

Прежде всего дефектами структуры материала, главным образом линейными дефектами, именуемыми в науке и технике линейпыми дислокациями.

Сегодня не только специалистам-материаловедам хорошо известны опыты академика А. Ф. Иоффе, объяснившего в свое время упрочнение каменной соли, погруженной в воду (с 0,5 до 160 кг/мм2), растворением поверхностного слоя кристаллов, вследствие чего ликвидировались и его дефекты. Причем роль дефектов структуры особенно отчетливо выступает при рассмотрении масштабного фактора, то есть зависимости прочности образцов от их размеров.

Эту зависимость еще в 1926 году А. П. Александров и С. Н. Журков установили для стеклянных нитей: оказалось, что нить диаметром 22 микрона имеет прочность 22 кг/мм2, а диаметром 2,5 микрона уже 560 кг/мм2.