Занимательно о железе

На последнее, которое тех проб не выдержит, ставить сверх заводских клейм № 3. А без клеймы полосного железа отнюдь чтоб не продавали”.

Это, пожалуй, самый первый документ об испытании металла перед использованием его в деле. Указ говорит также о том, что в эпоху Петра I заботились не только о количестве выпускаемого металла, но уже создавали методы контроля его качества. Причем спрос с бракоделов был строгий. В другом указе писалось:

“Повелеваю хозяина Тульской оружейной мастерской Корнея Белоглаза бить кнутом и сослать в работу в монастырь за то, что он, подлец, дерзнул войску государеву продавать плохие пищали и фузеи. Старшего приемщика Флорку Минаева бить кнутом и сослать в Азов, пусть не ставит клейма на плохо сделанное оружие”.

В давние времена металлические изделия не подвергались испытанию на прочность. Правда, из средневековья дошла до нас такая история о “контроле” продукции. Рассказывают, что в старину, когда оружейнику заказывали стальную рубашку — кольчугу, то примерку готового изделия производили на мастере. Заказчик брал в руку кинжал и наносил по кольчуге несколько ударов.

В связи с развитием машиностроения в XIX веке к металлу предъявили строгие требования во всех областях техники. Появилась необходимость в разработке общепринятых методов испытания металлов на прочность. С конца 50-х годов прошлого столетия начинают вводить систематические испытания прочности металла на разрыв, твердость, затем испытания на повторную нагрузку, изгиб, удар. В 1852 году для нужд железных дорог Англии и Германии строились специальные испытательные станки и машины. К этому времени уже во многих странах ведутся регулярные испытания прочности железа, проводятся сравнение и анализ результатов, издаются сводки по отдельным производствам — первая из них опубликована десять лет спустя.

В России до XX века между потребителями металлических изделий и железоделательными заводами не было соглашений относительно сортов поставляемого металла. Каждый завод имел свой сортамент. Еще в 1885 году профессор Н.А. Белелюбский требовал установить единообразные размеры проката, но только в 1894 году Постоянная совещательная контора железозаводчиков приступила к выработке русского сортамента фасонного железа. В результате пятилетней работы комиссии был принят и опубликован “Русский нормальный сортамент фасонного железа: угловое, тавровое, двутавровое, корытное и зетовое железо”.

Постоянное изучение способов испытаний и условий приемки материалов началось в 1884 году. Через три года в Стокгольме образовался Международный союз по испытанию технических материалов, который разработал международные нормы по испытанию металлов, условия технической приемки, способствовал созданию единообразия в испытании материалов. Введение механических испытаний значительно снизило брак производства, так как предварительный контроль устранял негодный металл из последующих технологических процессов.

До мировой войны и в течение нескольких последующих лет основой расчета деталей машин служили показатели статических испытаний: пределы прочности, текучести и модуль упругости. Установление того факта, что ответственные детали подвергаются в большинстве случаев действию различных по величине циклических нагрузок, явилось новым шагом в развитии теории прочности. В 20–30 годах были введены такие понятия, как усталостная прочность, пределы усталости при изгибе, кручении и растяжении-сжатии, предел усталости при знакопеременной нагрузке, конструкционная прочность, не утратившие своего значения и в настоящее время.

Усложнение методов испытания металлических изделий продолжается. Этого настоятельно требуют заботы о безопасности в использовании технических средств. Ни одна машина, ни один самолет без испытаний статическими и динамическими нагрузками не пойдет в серийное производство. А как испытать на прочность океанский лайнер или железнодорожный мост? Или исполинскую турбину, гигантский пресс?

Современное машиностроение использует детали в 30–40 метров длиной, диаметром 1,5–2 метра и весом сотни тонн. Такие громадины не испытаешь. Их только рассчитывают. Ошибок не должно быть, чтобы не произошла авария. Вот почему инженеры стараются строить машины или сооружения понадежнее — берут запас в 10–12 раз больше расчетной прочности. Это ведет к огромным убыткам. Поэтому для испытания крупных изделий строят испытательные машины. Шведская разрывная машина “Амелер”, созданная еще в первые десятилетия XX века, в новых моделях способна разорвать, как нитку, стальной стержень толщиной 60–80 миллиметров. Но с валом 300 миллиметров толщины ей не справиться. Нужны другие машины.

В Москве в Центральном научно-исследовательском институте технологии машиностроения построены уникальные установки. На них можно проверять прочность балок толщиной 400 миллиметров, давать этим балкам статические, динамические нагрузки, определять предел усталости.