Знак Вопроса 1997 № 04

Открытие электричества и создание машин, использующих электрическую энергию, послужило мощным толчком для развития цветной металлургии, потребовало производства новых высоколегированных сталей, открыло возможности для производства качественно новых материалов. Возможность промышленного получения алюминия и его сплавов позволила сделать качественный скачок в авиации и ракетостроении. В свою очередь, появление принципиально новых материалов привело к возникновению новых отраслей знаний, бурному развитию передовых технологий. Появление полупроводников, например, открыло принципиально новые возможности в развитии электроники; успехи в создании оптико-волокнистых структур предопределили новый этап в развитии современных средств связи.

Одним из важнейших направлений современного экономического развития, является развитие наукоемких производств, разработка и внедрение новых технологий получения и применения прогрессивных конструкционных материалов, ибо состав и качество конструкционных материалов оказывает непосредственное воздействие на развитие научно-технического прогресса и эффективность всего общественного производства.

В настоящее время, на пороге XXI века, коренным образом меняется баланс конструкционных материалов в пользу новых прогрессивных материалов за счет снижения металлоемкости производимой продукции. За последние 16 лет металлоемкость валового внутреннего продукта США, Японии и ФРГ снизилась на 50 %. По данным ЮНЕСКО, во всем мире удельный вес металлов и их сплавов к 2000 г. составит 93 % основных конструкционных материалов.

Механизм такой экономии металлов имеет свою специфику, связанную прежде всего с тем, что традиционно сложившиеся структуры металлургического производства были разработаны в конце XIX — начале XX вв. Для этих технологий характерна высокая материало-, энерго-, и капиталоемкость. В районах действия предприятий металлургии значительно ухудшена экологическая обстановка.

Другая сторона вопроса — повсеместное постепенное истощение запасов богатых руд и вовлечение в обработку все более бедных руд, требующих процессов глубокого обогащения, что значительно удорожает подготовку железорудных материалов к металлургическому переделу. Существенные изменения произошли и в области топливно-энергетических ресурсов, в частности, уменьшилось производство коксующихся углей, но выросло потребление в металлургии высококалорийного топлива — мазута и природного газа.

Возрастающие затраты на производство металла, ограничения в ресурсах сырья и топлива остро ставят задачи экономии металла, замены его на новые прогрессивные конструкционные материалы. При этом во всех экономически развитых странах происходит изменение структуры затрат на единицу продукции: возрастает доля затрат на науку и относительно снижается доля затрат на сырье, материалы, топливо и т. д.

В сложившихся условиях свое веское слово может сказать наука о материалах — материаловедение. За последние 25–30 лет созданы научные и прикладные заделы по многим направлениям материаловедения. При этом технический уровень отечественных разработок, широта охвата материаловедческих проблем, как правило, не уступают соответствующим достижениям признанных лидеров в этой области — США, Японии, Германии. В то же время опыт создания образцов новой техники и организации их производства свидетельствует, что по масштабам и типам выпуска новых материалов, эффективности внедрения в промышленность новейших достижений материаловедения Россия существенно отстала от этих стран.

За последние годы чрезвычайно возросли сложность и комплексность проблем, стоящих перед создателями новой современной техники и техники ближайшего будущего. Создание машин качественно нового уровня предполагает использование важнейших достижений фундаментальных наук, принципиально новых конструкторских решений и технологий, учет современных экономических, социальных и экологических проблем. При конструировании машин должен быть осуществлен выбор их оптимальных параметров — конструктивных, кинематических, динамических, эксплуатационных, экономических, наилучшим образом соответствующих предъявляемым к ним многочисленным требованиям. При этом задачи повышения качества машин следует решать уже на стадии проектирования, когда необходимо и возможно всестороннее рассмотрение конструкции, т. е. когда должно быть учтено большое число часто противоречивых требований. Практически в каждой машине должны удовлетворяться такие требования, как минимальная масса при необходимой прочности и надежности, малая стоимость и долговечность, красивый внешний вид, простота изготовления и высокая экологичность используемых материалов и т. д.