Страница 31 из 92
Продолжаем охлаждение. Небольшой спуск до температуры 768 градусов. Площадка. Бета-железо переходит в альфа-железо. Решетка остается такой же, но сторона куба уменьшилась: она равна 2,88 ангстрема.
При дальнейшем охлаждении кристаллическая решетка уже не меняется.
Вот какие интересные вещи мы узнали, «спускаясь» по тепловой лестнице. Кристаллы железа в разных условиях имеют различное строение: атомы, из которых состоят кристаллы, то очень плотно уложены, то между ними остается пустое пространство. Гамма-железо состоит из центрированных кубов, в них атомы плотно уложены. При переходе из состояния «гамма» в состояние «бета» или «альфа» объем металла вырастает.
Но и свойства каждой из этих разновидностей железа различны. В одном случае в железе растворяется много углерода, в другом - мало; в одном случае оно становится магнитным, в другом - немагнитным.
Все это надо знать, ибо для шариков кристаллы железа - это кирпичи, из которых строят дом. Без знания особенностей материала, из которого берешься строить, нельзя быть уверенным, что постройка будет прочной.
До сих пор разговор шел о чистом железе. Теперь перейдем к сплавам железа с углеродом и другими химическими элементами - к стали.
Сталь - это раствор углерода в железе. В каком же именно железе - альфа, бета, гамма - растворен углерод, какую кристаллическую решетку образует раствор? Найти на этот вопрос ответ - значит заранее предугадать свойства сплава.
Подобно тому, как немыслимо плавание в открытом океане или полеты в воздушном пространстве без навигационных приборов, так невозможно работать со сталью, не зная диаграммы сплавов железа с углеродом. По этой диаграмме конструкторы и машиностроители ориентируются, как по навигационной карте, иначе они не будут знать, куда приплывут, какую работу способна выполнить та или иная часть машины.
И тут нам придется познакомиться с некоторыми разновидностями стали. Они отличаются уже не по химическому составу, а по строению. Раствор углерода в гамма-железе образует сплав, получивший название аустенит (по имени английского ученого Аустена). В аустените атомы железа находятся по углам куба и в центре каждой грани, а в центре куба - углерод. Такой же твердый раствор углерода и легирующих элементов в альфа-железе дает структуру стали, носящей название мартенсит (по имени французского ученого Мартенса).
А теперь вернемся к нашим кольцам, попытаемся разобраться в причинах, почему кольца после отковки оказались такими твердыми.
Чтобы отковать кольцо, пруток нагрели до температуры примерно в 1000 градусов, при этом строение стали, то есть кристаллы, из которых она состоит, изменили, свою форму и взаимное расположение. После охлаждения получилась очень твердая структура, ее никакой резец не берет. Но, зная законы внутренней жизни стали, можно ее перевести из одного состояния в другое. Для этого и построили так называемые отжигательные печи.
Кольца в них нагреваются до 780 градусов, некоторое время выдерживаются при высокой температуре и затем охлаждаются. Твердая пластинчатая структура переходит в мягкую, зернистую, более однородную. С такой сталью резец легко справится, и кольца можно смело отправить на токарные автоматы.
- Позвольте, - скажет читатель, - шарики и кольца должны быть твердыми, а их сознательно размягчают.
Это замечание нельзя не признать основательным. Отжиг - вынужденная мера. Иного выхода нет, иначе кольцу не придашь требуемой геометрической формы. А когда это будет сделано, сталь снова подвергнут тепловой обработке и она станет твердой.
И в самом деле, дальнейший маршрут колец (как равно шариков и роликов) проходит через ряд термических (закалочных и отпускных) печей, которые позволяют регулировать внутреннее строение стали.
Можно наверняка сказать, что, если бы мы этого не умели делать, если бы мы не знали, в какие моменты, при какой температуре происходят внутренние перестройки стали, мы не могли бы получить надежных долговечных подшипников.
- Что же в этом нового? - может снова заметить читатель. - К закалке стали люди прибегали еще в древнейшие времена.
И это замечание абсолютно верное! О закалке стали упоминается в «Одиссее» Гомера. Древнерусские железодельцы и кузнецы в совершенстве владели искусством закалки, но все это делалось вслепую. Никто не знал и никто не мог объяснить причины чудесных перемен, происходящих со сталью при нагреве и охлаждении. Все делалось на глаз, по интуиции.
Эта тайна природы была раскрыта менее ста лет назад Д. К. Черновым. Стоит напомнить обстоятельства, при которых эти открытия были сделаны.