Радиационная металлургия.

Как известно, белый чугун сравнительно ограниченно применяется в машиностроении. Причина этому – хрупкость и чрезмерная твердость. В отличии от него ковкий чугун – более пластичен и имеет значительное использование в современной технике. Из него делают картеры двигателей и редукторов, текстильные машины, станины прессов и т.д.

Причина хрупкости и, следовательно, ограниченного использование белого чугуна – его структура. Если взглянуть в микроскоп на шлиф белого чугуна, то тут же в глаза бросится цементит – стреловидные клинья, рассекающие монолит металла. Цементит – это соединение трех атомов железа и одного – углерода, иначе говоря, это карбид железа. То, что в белом чугуне углерод находится в связанном виде, образуя карбид, весьма нежелательно. Как известно, в ковком чугуне графит находится в виде шариков – глобулей. Подобный глобулярный графит, в отличие от карбидов, улучшает структуру чугуна. Для того чтобы карбид железа распался, белый чугун помещают в специальные томильные печи. Здесь чугун выдерживается в течение нескольких суток под воздействием весьма высокой температуры. Именно это высокотемпературное воздействие на карбид разрушает его, превращая белый чугун в ковкий. Однако с технологической точки зрения такая операция, длящаяся десятки часов, представляется весьма несовершенной, тормозящей интенсификацию процессов и создающей узкое место на производстве.

В последние годы разработана операция модификации белого чугуна магнием. Ковш с расплавом помещают в специальную камеру, а сверху на конце штанги в ковш опускают стакан с магнием. При этом развивается высокая температура, в результате которой опять-таки происходит распад цементита. Но и эта технология, несмотря на её преимущества, обладает тем недостатком, что требует обязательной обработки жидкого металла.

Вот поэтому, безусловно, интересен другой новый метод получения ковкого чугуна. Разработавший его ученый И.М. Пронман воспользовался для решения поставленной задачи новейшим арсеналом технической физики. В специальной камере, защищенной толстыми бетонными стенами, образец белого чугуна облучался в течение двух часов потоком электронов. Электроны пробивают оболочки атомов, выбивают электроны атомных орбит и тем самым меняют заряд ионов. Если, допустим, ранее ион был электроотрицательным, то после бомбардировки он превратился в положительно заряженный. И если этот ион ранее был связан с другим положительным ионом, то теперь, после того, как он приобрел положительный заряд, согласно закону о том, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются друг от друга, оба иона оттолкнуться друг от друга. Затем они наткнуться на новые атомы, изменят их заряд, те в свою очередь начнут передвигаться, вышибая со своего места следующие и т.д. Физическая терминология называет этот процесс вторичным и третичным смещением.

Итак, под воздействием электронной бомбардировки атомы перемещаются. Но раз атомы перемещаются, то, следовательно, искажается кристаллическая решетка, а коль скоро решетка другая, то и свойства меняются. Однако все эти рассуждения пока ещё лишь теоретический прогноз. И как его доказать? Оказалось очень просто.

Известно, что кристаллическая решетка каждого вещества обладает вполне определенной удельной электропроводностью. Ведь именно расположение атомов в кристаллической решетке и предопределяет величину удельной электропроводности.

Ное если под действием электронного обстрела атомы в решетке переместились и порядок их расположения изменился, то у металла должна измениться величина удельной электропроводности. Поэтому и произвели измерение образца перед облучением и после. Как и следовало ожидать, она изменилась.

Итак, факт смещения атомов был доказан. При столкновении атомов возникает исключительно высокая температура (около 10000°). Это выделение тепла происходит мгновенно и сохраняется ничтожно малое время – около 1×10^-11 сек., в сущности говоря, своеобразный атомный взрыв в миниатюре.

Именно в результате выделения тепла углерод в белом чугуне превращается в глобулярный.

Сам распад цементита осуществлялся в результате электронной бомбардировки. В обычном состоянии карбид устойчив, но когда на внешнюю орбиту карбида хлынул электронный ливень, пробивая электронные оболочки, то отрицательно заряженный углерод превратился в положительно заряженный и оттолкнулся от железа. Так осуществился процесс распада цементита. Поэтому через два часа в результате бомбардировки белый чугун превратился в ковкий.

Разумеется, что эти опыты ещё не имеют непосредственно промышленного значения. Но ведь в будущем вполне реально поставить на конвейере мощный источник электронов и облучать ими изделия из белого чугуна, превращая его к ковкий.

Кроме того, нельзя умолчать и о другой перспективе. Выше шла речь о дислокациях. Но возможно, вызывая бомбардировкой искусственное (в отличие от механического) смещение атомов, управлять процессом образования дислокаций. С другой стороны, теоретически говоря, не исключена возможность так разместить атомы при помощи их перегона по кристаллической решетке, что количество дислокаций в металле окажется минимальным, и тогда прочность металла необычайно возрастет.