Задача эта крайне сложная. И совершенно очевидно, что сплавы с такой невиданной прочностью будут иметь узко ограниченное применение. К тому же не ясны возможности дальнейшего существенного повышения прочности конструкционных алюминиевых сплавов. И не ждет ли исследователей за едва приоткрывшимся горизонтом еще одна загадка - сказать трудно.
Аналогично положение и с другими сплавами. Правда, в последние годы во всем мире наблюдается истинный бум по поводу разработки алюминиево-литиевых сплавов.
Такую заинтересованность в этом материале нетрудно объяснить. Как известно, литий - элемент легкий. Введение его в алюминиевые сплавы позволяет снизить их плотность на 8-12 процентов при сохранении удовлетворительной прочности и даже некотором повышении модуля упругости. Применение данных сплавов уменьшает вес всей конструкции. А это уже новый этап в создании конструкционных материалов, тогда как вся предшествующая история знала лишь повышение удельной прочности за счет роста ее абсолютных значений.
Другими словами, сейчас в действие вступил знаменатель той дроби, где он - удельный вес материала, а числитель - прочность. Обобщая же современный этап развития конструкционных материалов, неизменно приходишь к единственному выводу: высокие удельные и абсолютные прочностные характеристики сталей, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов уже достигнуты и возможности их дальнейшего существенного прироста невелики.
Вместе с тем хорошо известно, что самые высокие прочностные характеристики лучших современных сплавов еще далеки от теоретической прочности кристаллических тел. А она, как показал член-корр. Я. И. Френкель, может достигать колоссальной величины - 1000 кг/мм2 N и выше. Чем же объяснить столь гигантское расхождение между теоретической и практической прочностями?
Прежде всего дефектами структуры материала, главным образом линейными дефектами, именуемыми в науке и технике линейпыми дислокациями.
Сегодня не только специалистам-материаловедам хорошо известны опыты академика А. Ф. Иоффе, объяснившего в свое время упрочнение каменной соли, погруженной в воду (с 0,5 до 160 кг/мм2), растворением поверхностного слоя кристаллов, вследствие чего ликвидировались и его дефекты. Причем роль дефектов структуры особенно отчетливо выступает при рассмотрении масштабного фактора, то есть зависимости прочности образцов от их размеров.
Эту зависимость еще в 1926 году А. П. Александров и С. Н. Журков установили для стеклянных нитей: оказалось, что нить диаметром 22 микрона имеет прочность 22 кг/мм2, а диаметром 2,5 микрона уже 560 кг/мм2.
Уменьшение диаметра стеклянных нитей с 22 до 2,5 микрона давало 25-кратное увеличение прочности! Результаты исследований были опубликованы в 1933 году в монографии А. П. Александрова и С. Н. Журкова "Явление хрупкого разрыва". И уже в наши дни была разработана и экспериментально подтверждена теория прочности и пластичности кристаллических тел, связывающих их с движением линейных дефектов - дислокаций.
Дислокации очень подвижны. Собственно, пластическое течение кристаллических структур и осуществляется в результате скольжения дислокаций. При этом движение дислокаций (и соответственно деформация пластичных кристаллов) происходит при значительно меньших напряжениях, чем их теоретическая прочность.
Именно поэтому проблема упрочения металлов и сводится к созданию условий, затрудняющих движение дислокаций и повышающих предельные напряжения, при которых дислокации начинают скользить. Такого эффекта можно достичь в термически упрочненных сплавах, когда после закалки образуется огромное количество мельчайших частичек. Они взаимодействуют с дислокациями и повышают напряжение, при котором дислокации приходит в движение.
В высокопрочных алюминиевых сплавах с цинком и магнием упрочнение вызывается образованиями, представляющими собой начальную стадию образования соединения алюмптыя, магния, цинка. Эти мелкие частички тормозят движение дислокаций, и прочность сплава повышается.
Аналогичная картина наблюдается и в сталях, магниевых и медных сплавах, когда прочность обусловлена мерой торможения движения дислокаций. Однако все эти способы не могут обеспечить заметного приближения к теоретической прочности. Оно может быть достигнуто лишь принципиально другим путем - не торможением движения дислокаций, а их устранением, созданием бездислокационной структуры.
