Предпосылки появления авиационного материаловедения как науки

Как было сказано выше, авиационное материаловедение сформировалось в самостоятельную техническую науку лишь во второй половине ХХ века, однако истоки её уходят в далёкое прошлое. Материально-технической основой этой науки явилось развитие металлургии, машиностроения, строительства железных дорог, кораблей, оружия.

Автором первого энциклопедического труда по металлургии и горному делу был гениальный русский учёный М.В, Ломоносов (1711 – 1765 гг.). Идеи Ломоносова в области металлургии определили научную мысль того времени на целое столетие. Первое определение понятия «металл» было дано Ломоносовым: «Металлы суть светлые тела, которые ковать можно».

Основоположниками металловедения ХХ века явились выдающиеся русские металлурги – Павел Петрович Аносов (1797 – 1851 гг.) и Дмитрий Константинович Чернов (1839 – 1921 гг.).

Аносов, работая в течение многих лет (1817 – 1847 гг.) на Златоустовском металлургическом заводе, разработал технологию изготовления булатной стали, лучшей, чем сталь дамасских мастеров. Он пришёл к убеждению, что булатная сталь должна найти широкое применение не только для изготовления холодного оружия, но и для изготовления инструментов и деталей машин.

Открытие, имевшее большое значение в металлургии и металловедении, были сделаны Черновым, ещё при жизни прозванным «отцом металлографии». Работая на Обуховском сталелитейном заводе, Чернов в 1868 г. открыл критические точки, при которых происходят превращения стали при нагреве и охлаждении, и установил влияние этих превращений на её строение и свойства.

Это открытие позволило решить важнейший вопрос о термической обработке орудийных стволов и тем самым – задачу производства стальных орудий (вместо бронзовых). Кроме того, Черновым было открыто явление «термической усталости», установлены законы кристаллизации, описаны дефекты стального слитка и меры борьбы с ними, разработаны основы теории термической обработки стали.

Известный американский металлург, возглавлявший в течение многих лет американскую школу металловедов, Х. Хоу, выпуская в 1903 г. свой первый в мире курс металловедения («Железо, сталь и другие сплавы»), посвятил его Д.К. Чернову.

В Англии известный учёный Сорби несколько позже Аносова (1863 г.) применил микроскоп для исследования технического и метеоритного железа. Там же Гадфильд в 1888 г. опубликовал свои работы о легированных сталях. В 1989 г. известный английский исследователь Роберт Аустен, именем которого названа одна из структур стали (аустенит), опубликовал первое систематическое исследование сплавов железа с углеродом.

Во Франции продолжателем работ Чернова являлся крупнейший учёный Осмонд, который в лабораторных условиях определил критические точки Чернова и открыл точку магнитного превращения стали (1900 г.). Работа Осмонда была значительно облегчена применением термоэлектрического пирометра (1885 г.) и современного металлографического микроскопа, создателем которых был известный французский физико-химик Ле-Шателье.

В Германии в области изучения природы и строения очень большого количества двойных сплавов известны опубликованные в 30-х годах ХХ века работы Таммана и учеников его школы. Свойства технических сплавов подробно изучались немецкими учёными Мартенсом, Гейном, Вюстом, и др.

Новый качественный сдвиг в дальнейшем развитии металловедения был достигнут благодаря трудам выдающегося учёного академика Н.С. Курнакова (1860 – 1941 гг.) – основателя новой отрасли химической науки, названной им физико-химическим анализом. Изученные и построенные им и его учениками диаграммы состояния многих металлических систем являются классическими и приводятся во всей мировой литературе по металловедению.

Начало эпохи авиации связывают с первым полётом самолёта братьев Райт в 1903 г. Можно смело утверждать, что с того момента и начало свою историю авиационное материаловедение. Именно тогда остро встал вопрос о достаточно прочных и лёгких материалах. Изначально конструктора не могли использовать металлы, поскольку тогда не были разработаны специальные сплавы, а существующие были слишком тяжёлыми. Тогда для конструкции планера широко использовалось дерево – достаточно прочный и лёгкий материал, дешёвый и легко поддающийся обработке. Недостатком его было неравномерное распределение прочности и сильное ухудшение качества при высокой влажности.

В 1919 году Г. Юнкерс совместно с О. Ройтером создал первый цельнодюралевый пассажирский 6-местный низкоплан Ю-13, получивший широкое применение во многих странах. В Советском Союзе первый цельнометаллический самолёт АНТ-2 был разработан и построен в ЦАГИ и совершил свой первый полёт в 1924 году. Газета «Правда» в то время писала: «Победа над дюралюминием не была бы полна, если бы она не завершилась серийным выпуском кольчугалюминиевых самолетов собственной советской конструкции… большая работа, в результате которой появилась возможность спокойно и уверенно сказать – да, мы можем, и будем строить советские металлические самолеты, – эта работа проделана».

В области авиационных лёгких металлов и сплавов следует указать на труды Н.Н. Бекетова, который разработал промышленный метод получения алюминия (1865 г.), и П.П. Федотьева, создавшего теоретические основы электрометаллургии алюминия.

Крупнейшие теоретические исследования термической обработки алюминиевых сплавов были выполнены С.Т. Конобеевским. На основании многочисленных экспериментальных исследований им была разработана теория старения дуралюмина, являющаяся в настоящее время общепринятой.

На заре советской авиации произошло очень важное событие не только для авиационной промышленности того периода, но и для всей истории отечественной авиации – был издан приказ по народному комиссариату тяжелой промышленности СССР от 28 июня 1932 г. №435 об образовании Всесоюзного (ныне Всероссийского) научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ). Из приказа: «На ВИАМ возложить: изучение авиационных материалов, изучение сырьевых баз, изыскание новых материалов и внедрение их в производство самолетов и моторов; разработку технологических процессов по производству и применению материалов и полуфабрикатов в моторо-, самолето-, дирижабле- и авиаприборостроении...». В тот же год на базе ВИАМа была организована лаборатория общего металловедения, коррозии металлов и их защиты (отделы: авиалеса, экспериментальной металлургии, цветных металлов, черных металлов, химико-технологический, химико-аналитический), а также разработана и внедрена в промышленность первая высокопрочная сталь «хромансиль» 30ХГСА с прочностью 1600-1700 МПа (И.И. Сидорин, Г.В. Акимов), что позволило освободиться от экспортных поставок. Разработана теория рекристаллизации алюминиевых сплавов (А.А. Бочвар).

Вот основные вехи разработок и развития ВИАМа в первые десятилетия его работы:[2]

· 1932-1950 гг., созданы основы теории многоэлектродной структурной коррозии металлов (Г.В. Акимов, В.П. Батраков);

· 1937 г., создана авиационная броня (С.Т. Кишкин, Н.М. Скляров), организована лаборатория авиационной брони;

· 1940 г., создан высокопрочный древесный композит дельта-древесина (Я.Д. Аврасин);

· 1942-1943 гг., созданы мягкие фибровые баки повышенной живучести (А.В. Ермолаев), внедрены в конструкциях боевых самолетов недешифруемые маскировочные лакокрасочные покрытия (В.В. Чеботаревский);

· 1942-1944 гг., созданы наплавочные сплавы для клапанов авиационных двигателей (А.Т. Туманов, В.П. Гречин, Г.В. Акимов, А.А. Киселев);

· 1944-1949 гг., создан комплекс материалов, технологий и методов контроля для атомной энергетики (Г.В. Акимов, С.Т. Кишкин, Р.С. Амбарцумян, А.А. Киселев, А.М. Глухов);

· 1945 г., за вклад в победу в Великой Отечественной войне институт награжден орденом Ленина;

· 1947 г., организованы лаборатории неметаллических материалов (М.В. Соболевский) и экспериментально-технологическая база (ЭТБ) неметаллов (Н.М. Новиков, М.В. Соболевский), создана отраслевая лаборатория стандартизации (М.Д. Глезер);

· 1948-1955 гг., разработана гетерофазная теория жаропрочности (С.Т. Кишкин), созданы литейные (С.Т. Кишкин) и деформируемые жаропрочные никелевые сплавы (Ф.Ф. Химушин, К.И. Терехов, Е.Ф. Трусова, Д.Е. Лифшиц, М.Я. Львовский) для газотурбинных двигателей;

· 1950-1960 гг., разработаны первые герметизирующие материалы (Н.Б. Барановская, Л.Е. Зельбет, Н.И. Руденко), разработаны технологии вакуумно- индукционной плавки, вакуумного дугового переплава жаропрочных сплавов и высокопрочных сталей (К.К. Чуприн, В.П. Гречин, Р.Е. Шалин, Б.С. Ломберг, П.И. Норин, Е.Б. Качанов).