Андрей Тарасов

Олег Скачков.

    ....Когда просишь «бардинцев» как-нибудь попроще растолковать их отличие от «байковцев», они ухмыляются. Ну, если хотите, то так: академики могут в пробирке добиться уникального эффекта, получить сногсшибательный материал. Им говорят: спасибо, ребята, но в серии это ужасно дорого, нельзя ли прикинуть менее разорительный производственный вариант. Они отвечают: а это уже дело технологов, наука вам дала фундаментальный эффект, дальше думайте, как его использовать. А мы, отраслевики, должны пройти весь путь от идеи до металлопродукции. Наш результат не открытие как таковое, пусть даже бесценное, а промышленная технология, в котором открытие реализовалось.
    Не будем бросать тень на академических коллег. НИИ металлургии Российской академии наук имени А. А. Байкова бардинцы искренне уважают. И там есть внедрения, достойные самых высоких премий. Но мы сейчас в Государственном научном центре Российской Федерации ЦНИИчермет – Центральном научно-исследовательском институте черной металлургии имени И. П. Бардина. Созданный в 1944 году, когда металл снаряда и металл брони противоборствовали как два скрещенных меча, он вырос в мощный исследовательский комплекс, во многом определяющий лицо современной металлургии. Здесь рассказывают, как в лучшие времена в командировку на комбинат выезжала бригада человек в тридцать и занималась снятием параметров со всего грандиозного производственного цикла – от выплавки стали до проката. На ЦНИИчермет возложено проведение фундаментальных, поисковых и прикладных научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ в необозримом спектре аспектов. Это и подготовка сырья, и теория физического металловедения, и промышленные агрегаты, и физика магнитных явлений, а также экология металлургического производства и компьютерное моделирование. Шесть специализированных институтов и три центра «поделили» между собой в структуре ГНЦ исследовательские функции и «эстафету» от теории к практике.

Спортивные шпаги.

    Вот, например, упругие и легкие спортивные шпаги, представленные на выставочном стенде институтской продукции. Этими клинками, получившими сертификат качества Международной федерации фехтования, добыли победу на Олимпиаде-96 в Атланте российские мушкетеры. Русские клинки – непревзойденного качества. А сделана эта звонкая сталь на основе фундаментального теоретического открытия в Институте металловедения и физики металлов. Изобретение это под номером 239 в Государственном реестре открытий имеет и имя собственное – «Эффект Курдюмова». Это свидетельствует об авторстве институтского ученого, академика, виднейшего специалиста в области металлофизики Георгия Курдюмова (его соавтор – Л. Г. Хандрос). «Явление термоупругого равновесия фаз при фазовых превращениях мартенситного типа» – это из теории физической прочности и пластичности металлов, натолкнувшей исследователей на новую методику повышения конструкционной прочности сталей. Пластичные и «выносливые» на разрыв и излом клинки изготовлены без обточки, прямым прокатом профиля. Это сулит и надежность, долговечность, снижение расхода металла. Это и «сплавы памяти» с обратимым изменением формы под воздействием температуры.
    А что означает нехарактерный деревянный стук железки о железку? Это отнюдь не свидетельство низкого качества стали. Наоборот. Демпфирующие сплавы на основе железа не имеют аналогов в мире. Одни по дешевизне, другие по уникальной прочности и пластичности. А главный эффект – гасят шум и вибрацию, превосходя в этом традиционные «поглотители»: резину, дерево, пластики и т. п. Спектр применения: от боевых торпед – до дисков циркулярных пил, столь изводящих нас своим визгом.

Образец реставрации сношенных частей деталей двигателя.

    Не забыта и старая боевая тематика. Лист 5-миллиметровой брони с «пупырышками». С другой стороны щербатинки вмятин: следы расстрела с пяти метров, в упор, из всемирно известного автомата АК мощными пулями с термоупрочненным сердечником, попросту бронебойными. Следы – но не пробоины. Вот и готовая основа бронежилета, средства личной безопасности людей повышенного риска.
    Почти всегда новое изделие – это ответ на вызов времени, если угодно, его технологический заказ. Например, высокоскоростной транспорт. Один из его видов – высокоскоростная железнодорожная магистраль. Как бы не решились сегодня споры о ВСМ Москва – Петербург, рано или поздно особо прямые рельсы для такого перевооружения железных дорог будут востребованы. А вот и они – не только особо прямые, но и особо надежные («повышенной эксплуатационной надежности»), рельсы, пригодные для северных территорий с арктическими, до минус 60 ^oС температурами. Проблема в том, что закалка и прямолинейность, объясняют черметовцы, вещи взаимоисключающие. Прочности без закалки не достичь, а закалка деформирует поверхность. И вот новая технология позволила повысить «пластичность, ударную вязкость в поперечном направлении и хладостойкость рельсов», минуя закалку. Научно выражаясь, путем «повышения сопротивления высокопрочных сталей хрупкому разрушению с использованием рационального раскисления и модифицирования жидкого расплава нитродообразующими элементами...»
    Задержимся у экспоната, за который директору института Владимиру Маторину прямо у стенда пожимал руку премьер российского правительства. С виду – как бы аквариум, или, вернее, охладитель соков, какие появились на прилавках после известного противоалкогольного постановления. В стеклянном кубе «играет» желтоватая масляная эмульсия, а из двух краников слева и справа стекают в одну емкость струйка чистой воды, в другую – ручеек мазута. Нечто невероятное в сравнении с обычными технологиями очистки загрязненных нефтепродуктами водоемов и стоков. И тем не менее – вот он: «гравитационный сепаратор для эффективного разделения нестабильных эмульсий». Сначала решалась чисто отраслевая задача: разделение жидкого металла и жидкого шлака. Традиционно это делается с большими энергозатратами центрифужным методом. Ученая мысль зацепилась за разницу удельных весов этих жидкостей. И вот результат научно-технологического и конструкторского поиска. Агрегат-прототип похож на большой лежащий несгораемый сейф, опять же с двумя лотками, откуда вытекают отдельно металл и отдельно шлак. Снаружи все просто: только подсыпай шихту. Внутри – уникальная конструкторская схема. Один недостаток – слишком высокая производительность, полностью меняющая металлургический цикл. А металлургия к этому еще не готова. С другой стороны во время войны в Персидском заливе обострилась проблема масштабного нефтяного загрязнения. В ответ на этот экологический вызов черметчики приспособили гравитационный сепаратор к масляным эмульсиям. И вот установка размером с бытовой холодильник может разделить со степенью очистки воды, достигающей 99 %, 2 кубометра смеси в час. А это суточная норма сливных вод небольшого завода. Довести производительность можно и до 250 кубометров эмульсии в час. Техдокументация на такие сепараторы уже готова. Но и это не все. «Кандидатами» на сепарацию являются экстракции масел в пищевой и парфюмерной промышленности, их регенерации в стройиндустрии и машиностроении, очистка и подготовка емкостей для всех видов транспорта, не говоря уж о зонах экологических бедствий с их нефтяными корками и пленками.
    За экологическим вызовом – ядерный. Коррозия, она же ржавчина, издавна враг металлоизделий. Оказалось, коррозия может быть и ... полезна. Если помогает вернуть в оборот загрязненные радионуклидами металлоконструкции. Например, проработавшие ресурсный срок в недрах атомных электростанций. После наведенной радиации верхний радиоактивный слой стальных труб, например, можно забрать в искусственную окалину с последующим обиванием в радиоактивный лом. А «освеженный» таким образом металл – снова переплавить: допустим, не на медицинские хирургические инструменты, а на те же трубы для АЭС вполне подойдет. Курская атомная станция уже служит базой такой технологии.

«Ракета» (слева) – действующий модуль гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя, «коробка» – действующий модуль шестимахового двигателя.

    В центре выставочного зала разместились изделия, о которых молва идет в аэрокосмических фирмах. Довольно внушительные на фоне отдельных мелких деталей и даже фрагментов труб. В обиходе называют их: «коробка» и «ракета». «Ракета» – круглый, снарядообразный по виду – действующий модуль гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя, позволяющего развить полетную скорость с числом Маха 6,8. В изготовителях вместе с ЦНИИчерметом указаны конструкторы МАИ и испытатели ЦИАМа. «Коробка», похожая на турбореактивные двигатели военных сверхзвуковых самолетов, – «шестимаховый» действующий модуль аналогичного воздушного движка, изготовленный вместе с ТМБК «Союз».
    История вопроса восходит к заманчивой идее аэрокосмических аппаратов, способных летать в атмосфере и космосе. В воздухе – по-самолетному, на крыльях, на орбите – по-спутниковому. Аэробаллистический перелет Москва – Нью-Йорк или Нью-Йорк – Токио сократится до часа. «Спейс шаттл» и «Буран» – первые образцы такой транспортной технологии. Достаточно дорогие и громоздкие для массового применения, они заставляют думать об удешевлении и совершенствовании воздушно-космической техники. Недавнее сообщение из НАСА говорит о расширении экспериментов в области гиперзвуковой авиации. До конца этого года предполагаются испытания семи беспилотных летательных аппаратов, способных достигать скорости, в 10 раз превышающей скорость звука. Подобные проекты намечаются и в России. Один из них – «Молния», тезка известного КБ, рождавшего «Буран». Предлагается создать воздушно-космический самолет (ВКС), стартующий со спины мощного «летающего космодрома», например, самолета «Мрия». И оттуда, из верхних слоев атмосферы, разгоняющийся до космических скоростей и выхода на орбиту. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель для такой цели подразумевает использовать в качестве окислителя не специальные компоненты, возимые в топливных баках и отягощающие конструкцию, и не сжатый воздух, для которого необходима опять же достаточно весомая турбина, а давление набегающего воздуха. Это то, что называется «прорывными» технологиями. Почему же конструкторы МАИ обратились за подмогой к металлургам ЦНИИчермета? Объясняет заведующий лабораторией жаропрочных и композиционных материалов Института порошковой металлургии ГНЦ Олег Скачков.
    – Имея большой опыт разработки надежных жаропрочных, коррозиостойких сталей и сплавов разного назначения, пригодных для работы во многих агрессивных средах, как температурных, так и кислотных, мы первыми в стране начали исследования в области интерметаллических соединений.
    Ухо ловит нечто новое – разумеется, не для ведущих металлургических кафедр и лабораторий: «интерметаллургия». Почему не сплав, не смесь, не синтез, не что-то более привычное, а именно «интерсоединение»? Потому, объясняют специалисты, что это сцепка на самом глубоком, атомарном уровне, достижение прочных связей в молекуле. Что это дает? Простой пример: температура плавления никеля – 1450 ^oС, алюминия – 660. Интерметаллид дает, как ни странно, не среднюю между ними, а более высокую степень жаростойкости: 1640 ^oС. А как это достигается? Если использовать обычное литье, то слитки обретают недопустимую хрупкость и бьются. Традиционный путь порошковой металлургии – высокотемпературный синтез, когда смесь порошков прессуют с поджигом. Здесь избран путь более изощренный – гидриднокальциевое восстановление порошков. Участвуют три компонента: окислы никеля и алюминия и гидрид кальция. В подогреваемом контейнере атомы алюминия и никеля, высвобождаясь, находят друг друга, образуя искомый металл, водород выделяется, окисел кальция удаляется. Интерметаллид, полученный таким образом, отличается уникальным набором качеств: легкостью (плотность ниже, чем у сплавов на никелевой и титановой основе), которой жаждет авиация, механической прочностью, упругостью и высокой жаростойкостью.
    Конструкторы авиакосмических двигателей будущего вышли на порошковиков ЦНИИчермета, когда другие известные и применяемые в конструкции двигателя сплавы на гиперскоростях сгорали как свечи, особенно на самой жароопасной кромке воздухозаборника. Я даже уточняю: за минуты? И слышу: за секунды! На стендовых съемках видно, как кислород бешеного воздушного потока жадно поедает нержавейку, прочнейшие никелевые сплавы. Высокотемпературная газовая коррозия жрет их, как мы арбуз.

Высокожаростойкие порошковые сплавы.

    Сотрудничество металлургов и конструкторов и породило двигатели, развивающие гиперзвуковую полетную скорость. Один из них, представленный у бардинцев на выставке, прошел обкатку не только стендовых, но и реальных испытаний. Между «ракетой» и «коробкой» разница не только в конструкции и сферах применения. Чуть менее скоростная «коробка» (не забудем, что сверхзвуковые скорости начинаются с числа Маха больше единицы, а свыше пятерки идет уже гиперзвук) обходится порошковым сплавом железо-хром-алюминий, который в авиационном мире уже известен по газотурбинным двигателям. Более скоростная «ракета» потребовала уже интерметаллидного воздухозаборника и корпуса, а камеры сгорания – вообще из углеродного материала с защитным покрытием, ибо температура сгорания там достигает 3000 ^oС. Это в полтора-два раза выше, чем на таком же углеродистом носу «Бурана» при его посадке в атмосфере.
    Каждый следующий «мах» на околокосмических скоростях дается огромным интеллектуальным усилием. А сам двигатель, при внешней его «обыкновенности», – воплощение наукоемких технологий XXI века, которые не по»зубам» многим странам богатой «семерки».
    В космос ВКС вынесет маршевый двигатель, способный набрать 25 «махов». Но таких еще нет, и работа над ними где с большей, где с меньшей интенсивностью в мире продолжается. Однако и земное применение таких уникальных по всем параметрам стойкости материалов при современных технологиях обширно: химия, машиностроение, газовая промышленность, котельное оборудование, наконец, своя же металлургия с газокислородным сталеплавлением.
    Был бы суперметалл, а супертехнологии догонят.