Прямо за дверьми этого цеха стоит и работает ткацкий станок. Это хоть кого удивит: на опытном заводе Всесоюзного научно-исследовательского института литейного машиностроения, где имеют дело с расплавленным металлом, с новыми агрегатами и конструкциями для производства отливок, стоит старенький ткацкий станочек, обвешанный катушками с нитками, и тюкает себе потихонечку, сплетая неширокую полоску белой блестящей ткани. Правда, ткань, которая сходит со станка, не совсем обычная. Волокна идут только вдоль и наклеены на промасленную бумагу. Да и вообще на ткань это не похоже.
Это действительно не ткань, а новое советское изобретение — фильтр для расплавленного металла. Многие страны мира уже изъявили желание купить лицензию, а ведь на вид это так просто, обыденно, что невольно думаешь: а было ли над чем ломать голову? И однако, чем больше над этим работают, тем больше возникает нерешенных вопросов.
Тот, кто случайно попадает в литейный цех и наблюдает одну из красивейших производственных картин — заливку расплавленного металла в формы, вряд ли подозревает, сколько беспокойства доставляет подчас эта тугая огненная струя, разбрызгивающая жаркие искры и озаряющая все вокруг багровыми сполохами. Ведь вместе с металлом в форму попадают кусочки шлака, газовые пузырьки, химические соединения серы и многие другие вещества, объединенные общим термином — неметаллические включения. Вот попробуй и позаботься в таких условиях о чистоте металла! Вся та чистота, которую с таким трудом достигли металлурги при выплавке металла, зачастую идет насмарку при его заливке в формы. Тем более, что эти неметаллические включения далеко не безобидны. В готовом изделии они образуют пустоты — раковины. Иногда раковины разъедают все «внутренности» металлического изделия, словно застарелая раковая опухоль. Поэтому на заводах приходится проверять литые детали — «прощупывать» их ультразвуком или просвечивать рентгеновскими лучами. Но неметаллические включения страшны не только раковинами. Это было бы еще полбеды. Каждое из них является центром дополнительной кристаллизации при затвердевании металла в форме. От них начинают расти кристаллы во всевозможных «нежелательных» направлениях, искажая структуру изделия и резко ухудшая его физико-механические свойства. И машиностроителям приходится делать изделия более массивными, чтобы получить необходимую прочность.
Издавна литейщики пропускали жидкий металл перед заливкой в формы через песчано-глинистые фильтры. Больше всего эти фильтры напоминают донышко от воронки садовой лейки, только сделаны они не из железа, а из песчано-глинистой смеси, да и отверстия у них побольше, чем у лейки. Поэтому такие фильтры задерживают только кусочки шлака. Мелкие неметаллические включения проходят сквозь них свободно. Вот если бы удалось создать такой фильтр, чтобы через него можно было процеживать металл, как хозяйка процеживает мясной бульон через марлю...
Этим вопросом и занялись сотрудники института ВНИИЛИТМАШ В. И. Фундатор, В. В. Серебряков, Л. 3. Киселев и другие. Затем в работу включились Московский институт стали и сплавов и завод «Станколит». Сначала задача ставилась скромно: отыскать материал, из которого можно сделать фильтр с мелкими ячейками. Металлы для этой цели не годились: они либо тут же расплавлялись, либо их отверстия быстро забивались жидким металлом. А что, если попробовать огнеупорное стекловолокно? Так в цехе опытного завода появился ткацкий станок. Первые же опыты дали парадоксальные результаты. Фильтры задерживали не только мелкие частицы. Они не пропускали и мельчайшие, имеющие гораздо меньшие размеры, чем ячейки. Больше того, они останавливали даже... газы! Это было совсем уж необъяснимо и могло означать только одно: на границе металл — стекловолокно происходили доселе не известные физико-химические процессы.
Вдумайтесь в эти слова: «доселе не известные». Это значит, что природа приоткрыла людям краешек непознанного, отступила еще на один крохотный шаг. Правда, пока этот краешек, этот шаг — сплошное «белое пятно», потому что объяснения новому явлению нет. Оно придет позже, после сотен и тысяч экспериментов, упорных раздумий, надежд и разочарований. Оно обязательно придет, только никто не знает когда... Но даже непознанное научное явление можно, как мы уже говорили, использовать на практике.
Его и используют. На Коломенском тепловозостроительном заводе имеются детали, цикл изготовления которых длится около полугода. Можно представить досаду производственников, когда после столь долгой обработки в детали обнаруживается брак из-за раковин. После применения фильтров раковины исчезли. В пятнадцать раз снизился брак наиболее «коварной» детали Горьковского автозавода — ступицы тормозного барабана. Удачные опыты проведены на ВАЗе и многих других предприятиях.
Однако выигрыш не только в избавлении от раковин. Поверхность изделий, отлитых по новому способу, более гладкая. А это значит, что при дальнейшей обработке на металлорежущих станках инструмент будет меньше изнашиваться, сократится время на его замену, повысится производительность станков.
Натолкнувшись на неизвестные процессы, происходящие на границе жидкий металл — фильтр, ученые задумались: а нельзя ли управлять ими? Да, да, не зная сути этих процессов, тем не менее ими управлять! «Вооружить» фильтр избирательностью — способностью задерживать не все посторонние примеси в металле, а только те, которые для него вредны. Те же, которые полезны,— пропускать. И ученые стали покрывать фильтры различными веществами. Идея была «простой»: для каждой нежелательной примеси найти такое вещество, которое на ячейках фильтра вступало бы с ней в химическую реакцию и «связывало» ее, не пропускало в металл. После нескольких сотен опытов исследователи поняли, что они на верном пути. Для многих нежелательных примесей были найдены «противники» — вещества, не пропускающие их через фильтр. И вместе с тем перед учеными встала новая серия загадок.
Неожиданно обнаружилось, что новый способ заливки настолько очищает металл, что позволяет обойтись без некоторых затяжных и дорогостоящих операций, неизбежных при его изготовлении — той же вакуумной обработки, например. Больше того, оказалось, что в ряде случаев можно не вводить в металл легирующие вещества: достаточно просто нанести их на фильтр, и они «смоются» расплавленным металлом в форму. Таким образом, заливая в литейную форму простую дешевую сталь, мы сможем получать изделия из легированной.
Правда, эта возможность пока еще в перспективе. Опыты «в пробирках» подтвердили принципиальную возможность легирования стали во время заливки. Однако пока еще не найден материал для фильтров, способный долгое время выдерживать температуру жидкой стали. Так что ученые вынуждены заниматься в основном легированием чугуна и цветных металлов. У них температура плавления гораздо ниже, чем у стали. И для них этот эффект подтвердился полностью. Например, для силуминовых сплавов легирование процеживанием через фильтр улучшило физико-химические свойства значительно больше, чем если бы их легировали обычным способом. И хотя новый способ заливки все еще находится в «младенческом» возрасте, поскольку многое еще здесь неизвестно, но даже и сейчас повсеместное внедрение его позволило бы сэкономить в масштабе страны десять процентов от всего отливаемого металла. Посчитайте, сколько это, если у нас ежегодно производится более 20 миллионов тонн отливок!
Так что же все-таки происходит на границе жидкий металл — фильтр? — спросит иной читатель.
А этого никто не знает, потому-то ученые и работают методом «тыка».
Они пробуют одно вещество, второе, третье и смотрят, что из этого получится. Бредут ощупью, нередко возвращаясь назад и начиная все сначала. Сотни, тысячи опытов... Но в конце концов количество перейдет в качество, и они разгадают эту загадку. А цель работы все та же: найти пути к созданию принципиально новых материалов. Тех материалов, о которых пока только мечтают конструкторы.
