Файл: Новиков, И. И. Теория термической обработки металлов учебник.pdf

тонкими лезвиями и острыми наконечниками, и для восстановле­ ния пластичности кузнец должен был нагревать холоднокованую медь ,в очаге. Наиболее ранние надежные свидетельства о приме­ нении такого рекристаллизационного отжига приходятся на конец V тысячелетия до н. э. Они получены при исследовании кованых изделий (например, ножей) из выплавленной меди, относящихся к южнотуркменской энеолитической культуре. Без промежуточно­ го рекристаллизационного отжига для восстановления пластично­ сти нельзя было обойтись и при изготовлении методом ковки тон­ ких медных, а позднее и бронзовых листов. Эти листы шли на вы­ делку посуды, производившейся в значительных количествах во II тысячелетии до н. э. (в бронзовом веке).

Таким образом, рекристаллизационный отжиг по времени по­ явления был первой операцией термической обработки металла и использовался уже начиная с V тысячелетия до н. э.

Закалка появилась значительно позднее отжига. Металлурги­ ческое производство железа началось с конца II тысячелетия до н. э. Железо получали тогда сыродутым способом непосредствен­ но из железной руды. Из-за низкого содержания углерода оружие из такого железа нельзя было упрочнить закалкой. В ранний пе­ риод применения железа закалку проводили одновременно с це­ ментацией. Нагревая заготовку для горячей ковки в древесноугольном горне, т. е. проводя науглероживание, и затем охлаждая ее в воде, кузнец столкнулся с резким улучшением качества ору­ жия и орудий труда, сделанных из железа.

Открытие сыродутого способа производства железа с последу­ ющей его цементацией и закалкой было одним из величайших до­ стижений в истории человеческого общества.

Металлографическое изучение галынтатской кузнечной техни­

эти виды упрочняющей термической обработки использовались в то время сравнительно редко.

В дневней Греции и Риме упрочняющая термообработка стали была хорошо известна, что подтверждается упоминаниями о за­ калке у античных авторов. В «Одиссее» Гомера (VIII—VII вв. до н. э.), в девятой пеоне есть такие строки: «Как погружает кузнец раскаленный топор иль секиру в воду холодную, и зашипит с кло­ котаньем железо — крепче железо бывает, в огне и воде закаля­ ясь» (перевод П. А. Шуйского). Аристотель (IV в. до н. э.) отме­ чал, что лучшую сталь получают нагревом железа в горне по не­ скольку раз. Такая обработка приводила к науглероживанию же­ леза и обеспечивала после закалки высокую прочность и твер­ дость изделий. Аристотель упоминал о закалке стали в масле. Плиний Старший (I в.) писал, что тонкие стальные изделия во из­ бежание их коробления и растрескивания закаливают в масле.

Металлографический анализ европейских археолопических на­ ходок показывает, что сталь (науглероженное железо) и закал­

8

ка стальных изделий во всеобщее употребление вошли с V—IV вв.

эти изделия закаливали на мартенсит в воде скорее всего с целью улучшения зеркального блеска при полировке.

В средние века применяли самые разнообразные технологиче­ ские операции: закалку в жидкости, закалку в воздушной струе, местную закалку лезвий, низкий, средний и высокий отпуск, це­ ментацию, защиту стали от обезуглероживания при нагреве, рекристаллизационный отжиг и др.

■Микроструктурное изучение, рентгеновский анализ и измере­ ние микротвердости многих сотен древнерусских археологических находок из слоев X—XV вв. показали, что 9/ю исследованных стальных орудий труда и оружия находилось в термически об­ работанном состоянии, из них одна треть была закалена, а ос­ тальные закалены и отпущены. Цементацию в древесном угле или органическом веществе применяли к ножам, мечам, копьям, на­ пильникам, резцам и другим инструментам.

Искусство термообработки режущего и колющего оружйя бы­ ло высоко развито в средние века. Например, знаменитые клинки из булатной (дамасской) стали обладали прекрасными режущи­ ми и упругими свойствами благодаря сочетанию тонко разрабо­ танных способов плавки, ковки и термообработки.

Не зная сущности внутренних превращений в металле, средне­ вековые мастера приписывали получение высоких свойств при тер­ мообработке проявлению сверхъестественных сил. Способы термо­ обработки стали, особенно холодного оружия, детально описаны в средневековой литературе. Если из средневековых рецептов тер­ мообработки выбросить некоторые подробности и заклинания, то большая часть этих рецептов окажется оправданной с точки зре­ ния современного термиста.

Термообработку использовали с древнейших времен как тех­ нологическую операцию, но развитие ее как науки стало возмож­ ным только с середины XIX столетия. До этого времени знания человека о термообработке представляли совокупность рецептов, выработанных на основе многовекового опыта. Эти рецепты, ча­ сто весьма ценные, передавали из поколения в поколение, секре­ ты выполнения отдельных операций иногда терялись в веках и вновь познавались, но истинная природа процессов, происходя­ щих в металле при термообработке, оставалась загадкой.

Развитие техники в XIX в. потребовало превращения термооб­ работки из искусства в науку.

В середине XIX столетия армия и флот стремились заменить бронзовые и чугунные пушки более прочными, а следовательно, и более мощными стальными орудиями. Начало широкого произ­ водства артиллерийских орудий из стали относится к 50-м годам

9

прошлого века. В этот период проблема изготовления стальных орудийных стволов высокой и гарантированной прочности была чрезвычайно острой. Выдающиеся металлурги того времени, в том числе генерал П. М. Обухов, знали рецепты плавки и литья стали, но, несмотря на это, при учебной стрельбе разрывы стальных ору­

дий случались очень часто.

Много стальных крупповских орудий без видимых причин ра­ зорвалось в войну Пруссии с Австрией в 1866 г. Наступил кризис доверия к стали как материалу для орудийных стволов и начался

возврат к бронзовым пушкам.

В 1866 г. на Обуховский сталелитейный завод в Петербурге был приглашен на должность техника молотового цеха Дмитрий Константинович Чернов (1839—1921 гг.). В 1868 г. в Русском тех­ ническом обществе Чернов делает знаменитый доклад «Критиче­ ский обзор статей гг. Лаврова и Калакуцкого о стали и стальных орудиях и собственные Д. К. Чернова исследования по этому же предмету»1. В этом докладе он сообщает результаты работы по выяснению причин брака стальных поковок. Наблюдая под мик­ роскопом шлифы, приготовленные из дул орудий, и изучая под лу­ пой строение изломов в месте разрыва, Чернов пришел к выводу, что сталь тем прочнее, чем мельче ее структура. Тогда он «стал искать причину приобретения сталью мелкой структуры». Сравни­ тельные исследования стали после ковки при разных температу­ рах показали, что «изменения в структуре стали нужно отнести к влиянию температуры, но не собственно механической обработки». После этого необходимо было для каждого сорта стали с опреде­ ленным содержанием углерода найти температуры, при которых изменяется структура. Чернов высказал гениальное предположе­ ние, что еле заметные поверхностные изменения, обнаруживае­ мые в темноте на охлаждающейся раскаленной поковке при двух температурах, связаны с глубокими внутренними изменениями структуры. Эти температуры Чернов определил на глаз и обозна­ чил точками а и Ь. «Сталь, как бы тверда она ни была, будучи на­ грета ниже точки а, не принимает закалки, как бы быстро ее ни охлаждали». Чтобы получить мелкозернистый излом, необходимо нагреть сталь немного выше точки Ь.

Таким образом, Д. К. Чернов в 1868 г. открыл внутренние структурные превращения в стали и связал с ними тепловой ре­ жим ковки и технологию термообработки. Тем самым великий русский металлург заложил научные основы термической обра­ ботки.

Основополагающий доклад Д. К. Чернова был переведен на иностранные языки, и предложенные им правила обработки стали вошли в практику заводов разных стран. Работы Чернова в обла­ сти металловедения и термической обработки получили мировое признание. Известный американский металловед А. Совёр, обра­

10