Пластичность в известном смысле противоположна упругости. Пластилиновый брусочек можно растянуть, и он так и останется вытянутым. Это пример пластической деформации. Стальная пружина после того, как перестать ее растягивать, вернется в исходное положение. Это пример упругой деформации. Если же на изделие из стали действовать все увеличивающейся нагрузкой, то сначала в нем появятся микротрещины и изломы, и в конце концов оно разрушится. У чугуна эти предельные нагрузки сравнительно небольшие, поэтому он и считается хрупким.
В последние годы ученые стали серьезно изучать свойство сверхпластичности. Оказалось, что можно найти условия, когда и при достаточно быстрой деформации опасные изломы и трещины в металле не образуются. Так, например, бывает при повышенной температуре, когда зарождающиеся очаги разрушения быстро «затягиваются». По-видимому, основной механизм «затягивания» микротрещин связан с диффузией в металле. Скорость диффузии тем больше, чем выше температура. Поэтому, чтобы добиться эффекта сверхпластичности, необходимо нагреть металл до температуры, превышающей половину температуры плавления. Для сплавов на основе железа эта температура близка к 700°С.
Начальные опыты по получению значительного эффекта сверхпластичности на многих сталях и чугунах были неудачными. Японские исследователи для серого чугуна добились при 700°С удлинения образцатолько на 40%. Гораздо больших успехов добились французские ученые в опытах по деформации стальных образцов: эффект сверхпластичности привел к удлинению образца на 400—500%.
В чем же секрет успеха? Вот основные теоретические представления на этот счет. Главный механизм сверхпластичности состоит в том, что зерна, из которых состоит сплав, должны работать, как «скорая помощь», должны «залечивать раны», то есть должны иметь возможность более или менее свободно перемещаться по направлению к микротрещинам. Для двухфазных сплавов (к ним относятся чугун и сталь) такое перемещение делается возможным при определенных благоприятных условиях: необходимо, чтобы зерна были как можно более мелкими и круглыми.
Эти положения блестяще подтвердились в эксперименте даже с таким хрупким материалом, как белый чугун, который содержит 3,5% углерода. (Чтобы создать стандартизированную мелкую структуру в чугуне, использовали методы порошковой металлургии, а на следующем этапе опыта полученные порошки прессовали в брикеты.) Испытания на растяжение показали рекордные результаты. При температуре 700°С удлинение чугунных образцов достигало 150%.
А. Бочвар, В. Давыдов, Л. Дружинин. Сверхпластичность чугуна и стали. «Доклады АН СССР», т. 230, № 2, 1976.
