Ускоренное освоение территорий Арктики и Сибири напрямую связано с разработкой учеными и конструкторами новых технологий в материаловедении, проектировании и создании технических систем, способных успешно функционировать в условиях низких температур. Этой теме был посвящен II Евразийский симпозиум, состоявшийся в конце 2004 г. в Якутске по инициативе министерств образования и науки, промышленности и энергетики Российской Федерации, РАН, других отечественных и зарубежных организаций, на котором состоялось 22 пленарных заседания, 114 секционных и 53 стендовых экспозиций. Рассматриваемые вопросы в основном касались повышения надежности северных и сибирских трубопроводов, обеспечения их эффективности и безопасности. Многие отмечали, что сейчас требуется более широкое применение технических конструкций из полимеров и композитов, чье главное достоинство - малый удельный вес. Ведь ныне на рынке промышленно развитых стран они составляют почти треть используемых материалов, в России же менее 7%.

Отмечалось, в частности, что в этом деле наибольший опыт накоплен хозяйственниками Республики Саха: здесь впервые проведены крупномасштабные эксперименты по изучению механического взаимодействия полиэтиленовых труб с многолетнемерзлыми грунтами, показавшие принципиальную возможность и перспективность применения их для сооружения газопроводов в соответствующих регионах.

В ходе обсуждения были определены основные требования к металлическим, полимерным и композиционным материалам. Это прежде всего стабильность их характеристик при длительной эксплуатации в условиях низких температур, экономичность в производстве, малая энергоемкость технологических процессов изготовления, экологичность.

И все же пока наиболее распространенным конструкционным сырьем остается металл. На симпозиуме были названы хладостойкие стали нового поколения, легированные ванадием, ниобием, другими редкоземельными элементами. Изделия из них приобретают уникальную прочность, сильную сопротивляемость хрупким и усталостным разрушениям.

Среди перспективных методов структурообразования металла наиболее интересно получение сверхмелкозернистых состояний интенсивным пластическим деформированием, в частности, равноканальным угловым прессованием. Большие возможности для создания высокопрочных хладостойких и износостойких материалов представляют и неравновесные физические процессы (ударно-волновые, плазменные, газотермические), осуществляемые в широком интервале температур и скоростей изменения объема и формы тела. В некоторых докладах были рассмотрены такие новые направления работ по упрочнению твердых тел, как физическая мезомеханика и синергетика.

В последние годы, подчеркивали на форуме, возрастают требования к увеличению ресурса, живучести и безопасности конструкций. Так, сегодня при расчетах тех или иных инженерных сооружений минимальная температура, при которой они будут функционировать, принимается равной порядка -40°С, в реальности может достигать -55°С, по мировым же стандартам - не ниже -100°С, что, естественно, требует от российских ученых дальнейшего поиска продуктивных решений.

Упрочение технических систем подразумевает не только разработку новых материалов, но и передовых методов изготовления тех или иных конструкций. Здесь, как известно, основную роль играет сварка. Именно от ее качества зависят надежность и долговечность машин. Действительно, из анализа

стр. 46

разрушений изделий, применявшихся в условиях низких температур, следует, что наибольшая их часть приходится на сварные соединения или начинается в них. На симпозиуме были представлены высокоэффективные технологии необходимых процессов:

адаптивная импульсно-дуговая сварка и методика ее дополнительной обработки (термоциклирование, ударно-волновое нагружение и т.д.); легирование материала шва путем сварки; управление поведением водорода в сварных соединениях и др.

Ряд докладчиков утверждали: важнейшим направлением повышения надежности работы техники и механизмов в холодных зонах по-прежнему остается формирование специальных поверхностных покрытий конструкций для увеличения прочности узлов, испытываю-

стр. 47

щих контактные нагрузки. Одним из наиболее перспективных методов получения износостойких плоскостей является плазменное и газотермическое их напыление порошковыми материалами. Возможности реализации таких способов воздействия на детали машин связаны со спецификой базовых физических процессов: высокой температурой, сильной активностью наносимых частиц и концентрированностью энергии.

Участники симпозиума рекомендовали пути обеспечения надежной работоспособности технических конструкций в условиях низких температур и вечной мерзлоты, в том числе развитие концепции системного подхода к решению этой проблемы на всех стадиях жизненного цикла, включающего проектирование, изготовление и эксплуатацию машин и механизмов; создание банка данных о физических, химических и технологических свойствах конкретных материалов; выработка новых подходов к улучшению поверхностных покрытий технических конструкций, функционирующих в регионах с экстремальным климатом; совершенствование прогрессивных технологий переработки многокомпонентного минерального сырья и технических алмазов.

Итогом Якутского форума стало принятие документов по проведению скоординированных мероприятий, обеспечивающих создание и внедрение дорогостоящих высокотехнологичных инноваций, для чего нужна реанимация федеральной целевой программы "Техника российского Севера", предусматривающая разработку, испытание, освоение, серийное производство новых хладостойких материалов, машин в северном исполнении, горнодобывающих и транспортных механических средств, автономных систем жизнеобеспечения.

"Наука в Сибири", 2004 г.

Материал подготовил Я. В. РЕНЬКАС

Permanent link to this publication: