Ученый, учитель, патриот
advertisement
ВИАМ/2006-204503 Ученый, учитель, патриот Е.Н. Каблов Р.Е. Шалин Январь 2006 Всероссийский институт авиационных материалов (ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ) – крупнейшее российское государственное материаловедческое предприятие, на протяжении 80 лет разрабатывающее и производящее материалы, определяющие облик современной авиационно-космической техники. 1700 сотрудников ВИАМ трудятся в более чем 30 научноисследовательских лабораториях, отделах, производственных цехах и испытательном центре, а также в 4 филиалах института. ВИАМ выполняет заказы на разработку и поставку металлических и неметаллических материалов, покрытий, технологических процессов и оборудования, методов защиты от коррозии, а также средств контроля исходных продуктов, полуфабрикатов и изделий на их основе. Работы ведутся как по государственным программам РФ, так и по заказам ведущих предприятий авиационно-космического комплекса России и мира. В 1994 г. ВИАМ присвоен статус Государственного научного центра РФ, многократно затем им подтвержденный. За разработку и создание материалов для авиационнокосмической и других видов специальной техники 233 сотрудникам ВИАМ присуждены звания лауреатов различных государственных премий. Изобретения ВИАМ отмечены наградами на выставках и международных салонах в Женеве и Брюсселе. ВИАМ награжден 4 золотыми, 9 серебряными и 3 бронзовыми медалями, получено 15 дипломов. Возглавляет институт лауреат государственных премий СССР и РФ, академик РАН, профессор Е.Н. Каблов. Статья подготовлена для опубликования в книге «Созвездие», №4, 2006г. Электронная версия доступна по адресу: www.viam.ru/public Ученый, учитель, патриот Е.Н. Каблов, Р.Е. Шалин Всероссийский институт авиационных материалов 30 мая 2006 г. исполняется 100 лет со дня рождения выдающегося российского ученого-материаловеда академика РАН Сергея Тимофеевича Кишкина, одного из основателей и руководителей отечественной школы по проблеме материалов. прочности и жаропрочности Теоретические положения и металлических авиационных эффективные практические решения, предложенные им, стали основой для разработки и применения в авиастроении многих видов сталей, титановых и тугоплавких сплавов, композиционных материалов. С.Т. Кишкин С.Т. Кишкин является одним из первых разработчиков нового научного направления – жаропрочных сплавов для газотурбинных двигателей. Огромен и многогранен его вклад в науку, но он навсегда останется в памяти людей, его знавших, также за свою доброжелательность, живой интерес к заботам сотрудников, работающих с ним, за готовность всегда прийти на помощь, за готовность отстоять правого. Бескорыстная щедрость Сергея Тимофеевича на научные идеи, советы как магнит притягивала к нему всех, кто его знал, кто общался с этим замечательным человеком. Кишкин Сергей Тимофеевич родился в г. Луганске (Ворошиловград) в семье кузнеца. Среднее образование получил в индустриально-технической профшколе Ворошиловграда, которую закончил в 1923 г. Проработав с 1923 по 1926 г. чертежником технического отдела завода №60, в 1926 г. поступает в Московское высшее техническое училище им. Н.Э. Баумана. Незадолго до окончания МВТУ был мобилизован для участия в организации Московского Высшего инженерно-педагогического института (взамен Высших педагогических курсов) при МВТУ. По завершении организации нового института вернулся в МВТУ, где после окончания учебы в марте 1931 г. был оставлен аспирантом на кафедре «Металловедение». С.Т. Кишкин с сестрами и племянником Учеба в аспирантуре была прервана для выполнения важного задания по изысканию брони для плавающих танков. На эту работу, которая проводилась в системе технического отдела ОГПУ, он был направлен С. Орджоникидзе вместе с Н.М. Скляровым, так как инициатива этого поиска исходила от них. В результате все успешно завершилось созданием брони повышенной стойкости (марка КО). При этом новая броня не содержала дефицитного никеля и позволяла экономить до 50% молибдена. Сталь КО была внедрена на ряде броневых заводов в 1933 г. и принята на вооружение для изготовления танкеток Т-27 и плавающих легких танков (амфибий) Т-37. За создание броневой стали для танков ее авторы С.Т. Кишкин и Н.М. Скляров были представлены С. Орджоникидзе и Н. Тухачевским к правительственной награде. В 1934 г. С.Т. Кишкин вместе с Н.М. Скляровым по приглашению профессора И.И. Сидорина перешел на работу в ВИАМ в отдел черных и цветных металлов, где он начал свою деятельность под руководством крупного ученого – чл.-корр. АН СССР Г.В. Акимова. Здесь С.Т. Кишкин возглавил броневую группу, которая впоследствии была реорганизована в лабораторию. Задачей лаборатории являлась разработка авиационной брони для защиты боевой авиации – вопреки мнению авторитетов, полагавших, что в воздушном бою решающую роль играют маневренность и скорость, а тяжесть брони их снижает. Однако потери в воздушных боях в Испании показали невозможность вести успешный бой без брони. Первые броневые стали в истории советской авиации для защиты летчиков были изготовлены на основе стали марки «П», предложенной С.Т. Кишкиным совместно с Н.М. Скляровым. Новый материал получил высокую оценку К.Е. Ворошилова и командования ВВС. Была изготовлена активная броня двух типов: экранированная, представляющая собой комбинированную систему – экран и бронепреграда (сердечник пули разрушал экран и в основную броню ударялись лишь его обломки, рассредоточенные на участке, превышавшем мидель пули), и монолитная гетерогенная броня с твердым лицевым слоем. Броня последнего типа нашла широкое применение в боевой авиации времен Великой Отечественной войны, из нее изготовили более 100000 броневых спинок, надежно защищавших экипажи самолетов. И это после того, как первые спинки были отвергнуты авиационными авторитетами. Об экранированной броне докладывал на Совете обороны Н.М. Скляров. Его информация вызвала интерес у И.В. Сталина, сразу понявшего ее основную идею – разрушение снаряда одним из элементов бронепреграды – и сказавшего: «Вы за активную броню?». Так термин «активная броня» был произнесен впервые. Ранее никто не находил столь содержательного и удачного термина, вошедшего в повседневную практику разработчиков брони. И ныне все пользуются им, не подозревая, кто был его автором. В это время авиаконструктором С.В. Ильюшиным был создан новый тип боевой машины – бронированный штурмовик, фюзеляж которого необходимо было изготовить из брони, входящей в силовую схему самолета. Сложность аэродинамических форм деталей фюзеляжа и строгие требования в отношении массы машины исключали использование существующих марок броневой стали. Необходима была воздушно-закаливаемая сталь особо высокой прочности с технологическими свойствами, превосходящими все известные отечественные и зарубежные (в том числе трофейные) броневые стали. Броня была создана, летчики получили бронеспинки, а ВВС – летающий танк легендарный самолет-штурмовик Ил-2. Идея активной экранированной брони стала популярной. Директор Ленинградского физикотехнического института (ЛФТИ) академик А.Ф. Иоффе поручил своему сотруднику И.В. Курчатову, тогда еще скромному кандидату технических наук, разработку экранированной брони с решетчатым прутковым экраном. Затем эта броня была предложена С.В. Ильюшину для модификации штурмовика. Ильюшин отказался, сославшись на то, что экранированная противоснарядная броня ВИАМ, состоящая из двух щитов по форме миделя самолета, является основным силовым шпангоутом и не может быть заменена системой прутков. Применение прутков вместо облегчения приведет к утяжелению. Эта работа ВИАМ получила в 1941 г. первую премию по конкурсу авиационных материалов, объявленную Наркоматом авиационной промышленности. С.Т. Кишкин и Н.М. Скляров стали первыми виамовцами, удостоенными Сталинской премии I степени (1942 г.) Удачное решение ряда задач по разработке новых типов брони в значительной степени стало возможным благодаря тому, что С.Т. Кишкин совместно с работниками руководимой им лаборатории броневых сталей тщательно изучил взаимодействие пули и брони, глубоко исследовал механизм легирования сталей, правильно теоретически трактуя наблюдаемые явления. Адекватное понимание механизма взаимодействия пули и брони позволило предложить принцип создания экранной брони, по своей стойкости превосходящей лучшие типы гомогенной и цементованной брони. Впоследствии броневую защиту применили на самолете-штурмовике Ил-10 и на других типах самолетов. Одновременно с изысканиями эффективной авиационной брони С.Т. Кишкин активно занялся организаторской работой в институте. Он был назначен вначале заместителем начальника (1938 г.), а затем и начальником отдела черных металлов. Успех работы на этом поприще дал основание назначить С.Т. Кишкина в 1938 г. заместителем начальника ВИАМ по научной части. Это было весьма ответственное поручение. Основатель ВИАМ профессор И.И. Сидорин и ряд других специалистов были арестованы. Начальником ВИАМ стал А.Т. Туманов – хороший организатор, но не имеющий достаточного опыта работы в области материаловедения. Вся тяжесть научного руководства и ответственности за авиаматериалы и их прогресс легла на плечи С.Т. Кишкина. Именно в институте он стал тем крупнейшим специалистом, выдающимся ученым, известным во всем мире, а институт своим становлением как материаловедческий центр и высоким авторитетом в стране и мире во многом обязан неустанной творческой деятельности С.Т. Кишкина. Невозможно даже приблизительно посчитать сколько разнообразных дел, проблем было решено им вместе с коллективом института за эти бурные годы стремительного развития отечественной авиации. Среди многих достоинств этого человека было одно поражающее отличительное качество. Когда не только молодые, но уже опытные специалисты обращались к нему по какому-нибудь сложному вопросу для получения совета или поддержки в тех или иных исследованиях, он с поражающей собеседника быстротой схватывал суть, идею вопроса, а через несколько минут развивал ее в таких неожиданных направлениях, о которых собеседник и не догадывался, и они, как правило, становились затем главным в развитии тех изысканий, с которыми он приходил к Сергею Тимофеевичу. Так уж природа создала этого человека – он думал быстрее и видел дальше. При этом он мог как предостеречь от возможных ошибок, так и поддержать очень рискованные предложения, опираясь при этом на свой огромный накопленный опыт и великолепную интуицию. А опыта, знаний, авторитета, интуиции Сергею Тимофеевичу было, как говорится, не занимать. В институте ходили легенды о его оригинальных решениях, научных достижениях в самых различных областях авиационного материаловедения, о том, как ему приходилось выполнять задания, которые он получал лично от Сталина, Берии, Маленкова, Ворошилова. Сейчас это трудно представить, но какая же требовалась личная смелость, бесстрашие, чтобы выполнить труднейшие и ответственные государственные поручения. Идти на самые неожиданные, неоднозначные решения, не уклоняясь от риска и опасности ошибиться. Идти на эти решения во имя дела, отстаивания интересов науки, быстрейшего выполнения поставленной задачи. Ведь любая ошибка в те времена могла быть использована для клеветы, доноса со всеми вытекающими отсюда последствиями. Осуществляя научно-техническое руководство лабораториями ВИАМ по черным металлам, С.Т. Кишкин способствовал быстрейшему внедрению в промышленность научных достижений. Во время войны институт внедрил в производство большое количество новых материалов из отечественного сырья и технологические процессы, обеспечившие бесперебойный выпуск боевых машин. За достижения в области научных исследований во время Великой Отечественной войны С.Т. Кишкин был награжден орденом Ленина, медалью «За доблестный труд во время Великой Отечественной войны», орденом Трудового Красного Знамени и медалью «В честь 800-летия Москвы». С.Т. Кишкин внес крупный вклад в организацию производства титановых сплавов в СССР. Работы в этом направлении в ВИАМ были начаты в 50-х годах прошлого века, и С.Т. Кишкин выступил с предложением организовать производство титана для использования его в качестве авиационного материала. Впервые этот металл начал производиться в США. Министерство цветной металлургии СССР (министр П.Ф. Ломако) категорически заявляло, что в нашей стране можно организовать производство и выпускать не более 2 тыс. тонн титана в год. В результате, по энергичному настоянию С.Т. Кишкина была создана комиссия во главе с непререкаемым авторитетом – И.П. Бардиным (в то время вице-президент АН СССР), которая назвала цифру годового производства – 25 тыс. тонн. Благодаря такой позиции, СССР в кратчайшее время вышел на первое место в мире по производству титана (100 тыс. тонн в год). Титан производился на предприятиях Министерства авиационной промышленности (министр П.В. Дементьев). К атомной проблематике ВИАМ был привлечен в последний военный год. В те времена только предстояло создать первый советский атомный реактор. Еще не было института им. И.В. Курчатова, исследования проводились в лаборатории испытательных приборов Академии наук СССР (ЛИПАН), руководителем которой являлся И.В. Курчатов. Первый реактор создавался из наличных материалов: блоки тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) изготовлялись из алюминиевых сплавов. Вполне понятно, что И.В. Курчатов обратился в ВИАМ, в институт, наиболее компетентный в алюминиевых сплавах. Непосредственным поводом привлечения ВИАМ послужила катастрофическая ситуация, сложившаяся с герметичностью алюминиевых блоков корпусов ТВЭЛ. Использовались приемы, обычно решавшие проблему герметичности котлов из стали. Они оказались неперспективными для алюминия при температуре кипения воды. В результате И.В. Курчатов и его заместитель А.П. Александров каждую субботу приезжали в ВИАМ. Казавшаяся чисто технической, проблема качественного изготовления относительно простого узла стала предметом рассмотрения на самом высоком уровне. ТВЭЛы, выполненные в полном соответствии с технической документацией, давали протечки с тяжелыми последствиями. Обнаружить брак по течи существовавшими методами не удавалось, он выявлялся только при эксплуатации. Эти трудности встречались и в практике Манхэттенского проекта в США. Понятно, что найти пути выявления брака и дать предложения по его ликвидации поручили ВИАМ, имевшему богатый опыт по дефектоскопии. С.Т. Кишкин совместно с А.И. Ковалевым внес определяющий вклад в решение задачи герметичности и выявления бракованных ТВЭЛов. Решение было предельно простым (как «Колумбово яйцо»): при погружении в кипяток воздух выходил легко замечаемыми пузырьками, выявлявшими брак. Одна из основных задач при создании атомной бомбы – это выделение в достаточных количествах «ружейного» урана, его изотопа урана-235. Наиболее подходящим способом для промышленного производства изотопов было предложение И.К. Кикоина использовать центрифуги для разделения изотопов урана, основанное на небольшом различии их масс. Но в центрифугах при скоростях вращения >1300 об/с инерционными силами нагружаются не только частицы изотопов, но и материал дисков и оболочки цилиндра. Использование наиболее прочной из известных в конце 40-х годов авиационной броневой стали с прочностью σ â =205 кг/мм2 успеха не имело. С.Т. Кишкин сообщил директору ЛИПАН И.В. Курчатову о невозможности эффективно использовать стали для центрифуг и высказал соображения о целесообразности применения для этих целей высокопрочных алюминиевых сплавов. В итоге разговора соратник И.В. Курчатова чл.-корр. АН СССР И.К. Кикоин (впоследствии академик) связался с И.Н. Фридляндером – начальником лаборатории алюминиевых сплавов ВИАМ. Фридляндер с присущей ему смелостью взялся за решение труднейшей задачи и пошел на беспрецедентное повышение прочности сплава Д16, который имел σ â =420–460 МПа. Повышение прочности составляло более 50%, был создан сплав В96ц1, разработана технология получения прессованных полуфабрикатов, режимы термической обработки. Сплав В96ц1 стал основным материалом центрифуг – так была решена проблема промышленного производства урана-235. Работа удостоена Ленинской премии. За работы в области атомной техники С.Т. Кишкин в составе коллектива ученых получил специальную премию СМ СССР (в размере 20000 рублей каждому участнику). После окончания этих работ И.В. Курчатов предложил С.Т. Кишкину стать своим заместителем по материалам, но он вежливо отказался и остался верен научному направлению, связанному с созданием авиационных сплавов. С.Т. Кишкин явился инициатором организации производства тугоплавких сплавов на основе Nb, Mo, W, Zr, обосновал необходимость развертывания геологической разведки ниобия, как перспективного материала для авиационной техники, внес весомый вклад в организацию промышленного производства рения, что позволило открыть новую страницу в области никелевых жаропрочных материалов для ГТД. И таких примеров проявления инициативы государственного масштаба можно привести много. Успешно осуществляя научное руководство институтом, С.Т. Кишкин сумел найти время и силы для собственной продуктивной творческой работы. Он проявил себя высокоталантливым ученым-металловедом, обладающим даром научного предвидения, глубокой эрудицией и многосторонним опытом экспериментатора. С.Т. Кишкин посвятил свою научную деятельность разработке высокопрочных сталей оборонного значения и добился крупных результатов, неоднократно получавших высокую оценку Правительства и заинтересованных ведомств. С.Т. Кишкин в кругу семьи Если говорить о самой яркой черте Сергея Тимофеевича как ученого, то, пожалуй, надо сказать о его неустанных поисках новых оригинальных путей в науке. Он выбирает крупные народнохозяйственные задачи и неизменно находит пути их успешного решения. Значительное место в круге научных интересов С.Т. Кишкина занимали проблемы высокопрочных сталей. Создание отечественного металлического самолетостроения потребовало разработки конструкционных высокопрочных сталей для силовых элементов самолета. К середине и концу 30-х годов прошлого века широкое применение за рубежом получила хромомолибденовая сталь с пределом прочности 1200 МПа. Однако в стране был острейший дефицит по молибдену, нужна была сталь, которая не содержала бы остродефицитный молибден, но не уступала по прочности и другим служебным характеристикам. Под научным руководством И.И. Сидорина и Г.В. Акимова молодые тогда специалисты С.Т. Кишкин и Н.М. Скляров с энтузиазмом взялись за это важное, но и трудное дело. Эта научная, а еще больше практическая задача была блестяще ими решена. Комплексное легирование стали хромом, кремнием, марганцем в сочетании с точно скорректированными пределами по углероду в сочетании с закалкой в горячем масле, низким отпуском и оптимизацией металлургического процесса выплавки и литья, позволило создать всемирно известную сейчас сталь 30ХГСА с пределом прочности до σ â ≥1600 МПа с высокими показателями работоспособности и технологичности. Эта сталь, существенно превосходящая все отечественные и зарубежные стали, до сих пор широко применяется в авиастроении. Работая над созданием высокопрочной стали, С.Т. Кишкин с помощью нового в то время метода фазового карбидного анализа открыл явление распада мартенсита при пластической деформации стали и разработал основы теории мартенситного превращения. Открытие этого явления позволило исчерпывающе понять природу упрочнения стали в процессе холодной деформации и уточнить наши представления о физической сущности мартенсита. Карбидная теория была предложена в качестве единого подхода к объяснению упрочнения как при холодной деформации, так и при термической обработке сталей (природа старения и высокой твердости мартенсита, проявляющейся в результате пластической деформации и упрочнения). Это открытие послужило научной основой при определении принципов легирования стали и прогнозирования ее работоспособности. С.Т. Кишкиным предложена также теория отпускной хрупкости специальных сталей, опровергшая точку зрения европейских школ по этому вопросу и доказавшая, в частности, ошибочность представления о растворимости нежелезных карбидов ниже критической точки АС 1 . Для создания реактивных двигателей (жидкостных реактивных двигателей (ЖРД) и газотурбинных двигателей (ГТД)) – основы современной авиации, космонавтики и ракетной техники – потребовались материалы двух различных классов. Нужны были материалы, стойкие к азотной кислоте и другим агрессивным средам окислителя, поставляющим кислород для сжигания обычного авиационного топлива. Задача оказалась исключительно трудной, но ученые ВИАМ под руководством С.Т. Кишкина успешно ее решили, разработав новый класс двухфазных свариваемых нержавеющих сталей, легированных кремнием. Такие стали обладали достаточной прочностью, высоким сопротивлением коррозии в азотной кислоте и для их производства не требовалась сложная технология. Например, сталь ЭИ-654 помогла быстро освоить крупносерийное производство баков для окислителей. Эти работы, опередившие на 10–12 лет зарубежные, были отмечены Государственной премией. Создание таких сталей явилось результатом глубоких исследований коррозионных процессов, проведенных совместно с В.П. Батраковым. Они заложили основу для создания большого класса коррозионностойких свариваемых сталей. В конце 40-х годов ВИАМ приступил к исследованию жаропрочных сплавов для газотурбинных реактивных двигателей. История их создания охватывает не один год. Конструкторы здесь опередили металловедов. Теория газовой турбины была разработана еще в 90-е годы XIX века профессором Цюрихского университета А. Стодолой. В конце 20-х годов XX века профессор В.В. Уваров в МВТУ начал исследования высокотемпературной газовой турбины. И в середине 30-х годов он осуществил проект комплексной газотурбинной установки. В предвоенные годы А.М. Люлька спроектировал первый отечественный авиационный газотурбинный двигатель (ГТД). Однако разработки В.В. Уварова, А.М. Люльки, а затем А.А. Микулина и других специалистов не могли быть полностью реализованы в связи с отсутствием материалов, способных продолжительное время функционировать при высоких температурах с приемлемым ресурсом и обеспечить работу двигателя. Необходимо было создать жаропрочные сплавы, длительно работающие при температуре около 1000°С (при более низкой температуре эффективность ГТД недостаточна). Все металлические сплавы, применявшиеся в то время в промышленности, при этой температуре или плавились, или становились пластичными как воск. Опыт создания материалов для поршневых двигателей не мог дать отправной информации при разработке жаропрочных сплавов. Вообще, тогда в практике машиностроения, в том числе авиационного, не применялись конструкционные материалы с рабочей температурой выше 400°С. Исключение составляли отдельные локальные узлы, например, клапаны. Но в этом случае требовалось преимущественно сопротивление смятию и износу, что достигалось благодаря простой наплавке жаростойких сплавов. Были попытки повысить сопротивлявшихся жаропрочность газовой коррозии, жаростойких но не сталей, имевших хорошо достаточной длительной прочности. В 1945 г. была разработана сложнолегированная сталь ЭИ388, содержащая до 36% легирующих компонентов и имеющая при 600°С σ=430 МПа, однако при температуре 800°С сталь разупрочнялась до σ=130 МПа, и такая жаропрочность была недостаточна. Дальнейшее увеличение содержания легирующих элементов до 50% в сталях ЭИ787 и ЭП105 значительно повысило их длительную прочность до σ=210–240 МПа, но при температуре 900°С они также разупрочнялись до неприемлемого уровня. Необходимо было искать новую матричную основу и принципиально иные системы легирования. Без решения этой важнейшей эпохальной задачи создать эффективный реактивный газотурбинный двигатель было невозможно. Эту сложную научную материаловедческую задачу впервые решили в Англии. Ведущий специалист фирмы «Монд Никелькомпани» Гриффитс предложил сплав нимоник на основе никеля. Никель, как известно, имеет большую, чем железо, энергию активации деформации ползучести. За создание этого сплава Гриффитс был избран в руководство компании и удостоен королевой Англии звания пэра. Председатель Совета Министров СССР И.В. Сталин лично поручил заместителю начальника ВИАМ С.Т. Кишкину разработать сплав лучше английского. Начиная с 1947 г. в ВИАМ были развернуты широкие исследования жаропрочных сплавов на никелевой основе. Изыскания шли по двум направлениям: первое – под руководством Ф.Ф. Химушина и К.И. Терехова и второе – под руководством С.Т. Кишкина. Первое направление заключалось в исследовании по традиционной схеме легирования твердого никель-хромового раствора тугоплавкими элементами при предельно малом легировании легкоплавкими компонентами. Второе направление базировалось на разработанной С.Т. Кишкиным гетерофазной теории жаропрочности. Методом фазового анализа было показано, что жаропрочность никелевых сплавов определяется не только прочностью твердого раствора, но и содержанием в нем упрочняющей фазы, представляющей собой интерметаллид, в данном случае алюминид никеля Ni 3 Al – фаза γ′ (Н.И. Блок) Высокодисперсные частицы γ′ тормозили сдвиговую деформацию. Как было установлено в последующих исследованиях, механизм их действия значительно сложнее, чем это следовало из концепции Джефриса и Аргера, а также японца Котаро Хонда. В лаборатории физики металлов, организованной и руководимой в течение шести десятилетий академиком С.Т. Кишкиным, было установлено, что γ′-фаза препятствует движению дислокаций и мешает их стоку к границам зерен. Здесь хотелось бы сделать короткое отступление, характеризующее С.Т. Кишкина как ученого особого склада, очень неординарно мыслившего. В своей богатой на яркие события жизни С.Т. Кишкин опирался, как он говорил сам, на «интуицию», правда это была весьма своеобразная интуиция, доступная лишь для таких как он, избранных. При этом он ссылался на Эйнштейна, который когда-то написал, что в научной работе безусловно нужны знания – это фундамент, однако для открытия нового явления этого недостаточно, нужно еще озарение, догадка. Знания – это фундамент, интуиция – это то, что можно построить на этом фундаменте, это счастливая идея, которая приходит в голову, конечно же, только талантливому человеку. Вот как в беседах С.Т. Кишкин вспоминал о такой интуиции, счастливой догадке. На заре освоения жаропрочных сплавов возникли проблемы в связи с многочисленными выпадами по свойствам при их производстве, брак был так велик, что была остановлена выплавка жаропрочных сплавов на заводе «Электросталь». Необходимо было разобраться в причинах брака и найти решение, обычные исследования не давали объяснения. Неожиданно Сергею Тимофеевичу пришла в голову идея, догадка. В связи с тем, что в те времена еще не было контроля на легкоплавкие примеси, не попали ли эти примеси в сплав и не образовали ли легкоплавкую эвтектику, которая, располагаясь по границам зерен при испытаниях на жаропрочность, и вызывает разрушение сплава. Был проделан простой, но точный и остроумный эксперимент. После тщательного исследования микрошлифов бракованной плавки была найдена эвтектика, располагающаяся по границам зерен. Теперь нужно было доказать, что она легкоплавка и поэтому является причиной резкого снижения жаропрочности сплава. Алмазом нанесли царапину, пересекающую эвтектику на шлифе, шлиф нагрели в вакууме и царапина на эвтектике исчезла. Так была определена роль легкоплавких цветных примесей и их недопустимость для жаропрочных сплавов. Был сделан важнейший вывод – высокая чистота по легкоплавким примесям в жаропрочных сплавах один из решающих резервов обеспечения высоких стабильных свойств. Подобные догадки, как вспоминал С.Т. Кишкин, чаще всего приходили к нему во время отдыха, прогулок по лесу. Одновременно отдых с внучкой и размышления над очередной проблемой. С.Т. Кишкин и внучка Ирина в парке Но одной из самых главных догадок была его, признанная всем миром и прославившая его и институт, идея изготовления лопатки газотурбинного двигателя методом точного литья по выплавляемым моделям. Сергей Тимофеевич первым не только в Советском Союзе, но и в мире понял, что кардинальное решение лежит в таком, на первый взгляд, парадоксальном предложении – сделать лопатку не из деформируемого материала (что воспринималось как аксиома всеми материаловедами мира), а из литого. Литой материал из-за дефектов при отливке грубой структуры считался менее качественным и ненадежным, особенно для усталостных свойств. Но талантливый человек, он потому и талантлив, что умеет увидеть то, что другим недоступно. Исследования, выполненные в ВИАМ под руководством академика С.Т. Кишкина, показали, что сопротивление ползучести в значительной мере определяется протяженностью и состоянием границ зерен, их природой и термодинамической устойчивостью. На границах зерен скапливаются вредные примеси, ослабляющие сплав и снижающие его сопротивление ползучести. Поэтому деформированный мелкозернистый материал при прочих равных условиях (состав, термическая обработка) уступает по длительной прочности литому. Другим важным фактором является то, что литой материал содержит большее количество упрочняющей высокотемпературной интерметаллидной фазы, чем деформированный. Необходимо выделить другое крайне важное обстоятельство – точное литье лопаток ГТД позволило отливать лопатки со сложной системой охлаждения, что обеспечило возможность существенно повысить температуру газа перед турбиной. При этом детали такой сложной конструкции, как охлаждаемые лопатки, изготовлялись почти со стопроцентным коэффициентом использования металла (КИМ), так как отливались без припуска и не требовали механической обработки. Высокий КИМ давал экономию дорогостоящего металла: исключались колоссальные затраты труда и электроэнергии на снятие стружки. КИМ у штампованных лопаток из деформируемых сплавов составлял не более 0,1, большая часть металла превращалась в стружку. Выдающийся министр авиационной промышленности СССР П.В. Дементьев (или как его с уважением называли работники авиационной промышленности Петр Великий) до внедрения в конструкцию ГТД литой лопатки из жаропрочных сплавов называл моторостроительные заводы – заводами, производящими металлическую стружку. Таким образом, главное и определяющее преимущество точного литья лопаток ГТД заключалось в том, что у конструкторов появилась уникальная возможность создавать высокоэффективные системы охлаждения лопаток, тем самым существенно повысить температуру газа перед турбиной, и как следствие этого тягу двигателя. Предложение перейти от штамповки к литью встретило жесткие возражения у приверженцев облагораживания литой структуры деформацией. Для них вескими аргументами были малая пластичность (<1%) и ударная вязкость (<1 кгс·м/см2) первого литейного сплава ЖС3. Противники перехода на литье аргументировали свою позицию так же тем, что рабочая лопатка ГТД – деталь исключительной ответственности. Разрушение этой детали неминуемо ведет к катастрофе. Они утверждали, что С.Т. Кишкин «тянет авиацию в авантюру» и предложение делать лопатку ГТД из литейного жаропрочного сплава является вредительством. Понятно к чему в то время могли привести эти обвинения и где мог оказаться академик С.Т. Кишкин. Потребовалась исключительная настойчивость и целеустремленность С.Т. Кишкина, чтобы убедить противников в правильности своего предложения. К счастью, нашлись конструкторы, которые трезво взвесили достоинства и недостатки литых лопаток. Генеральный конструктор, будущий академик Н.Д. Кузнецов стал первым, принявшим литейный жаропрочный сплав для своего проекта. И уже после успешной реализации проекта Н.Д. Кузнецова литая лопатка ГТД из жаропрочных сплавов триумфально зашагала по стране. Еще большую дискуссию вызвала гетерофазная теория жаропрочности. Школа Г.В. Ф.Ф. Химушина, Курдюмова, в авторитетные частности ученые профессор P.O. школы академика Энтин, отстаивали классический метод разработки сплавов на основе диаграммы Ле-Шателье– Курнакова состав–свойство, требуя максимальной очистки сплава от легкоплавких элементов и объявляя алюминий и магний «врагами №1». Однако сама жизнь подсказывала иное решение. Плавки Ступинского металлургического комбината, особо чистые по Аl и Mg, оказались менее жаропрочными, чем более «грязные». Выводы новой, предложенной С.Т. Кишкиным гетерофазной теории жаропрочности, утверждавшие, что в никелевых жаропрочных сплавах основной упрочняющей фазой является интерметаллидная γ′-фаза на базе Ni3Al, получили свое косвенное подтверждение. Алюминий в составе интерметаллида был носителем жаропрочности, а не «врагом». Стало ясно, что Аl, а также Ti, образующие с никелем интерметаллидные соединения типа Ni3Al, являются важнейшими элементами, упрочняющими жаропрочный сплав. Таким образом, в ходе бурных научных дискуссий, предшествовавших рождению нового класса материалов – литейных никелевых жаропрочных сплавов, С.Т. Кишкин последовательно и стойко отстаивал необходимость их гетерофазного строения, несмотря на то, что многие авторитетные металловеды придерживались иного взгляда, утверждая, что путь к достижению максимального сопротивления ползучести сплавов в условиях высокотемпературного нагружения пролегает через создание гомогенных твердых растворов, а вовсе не связан с разработкой сплавов, имеющих гетерофазную структуру. Сама жизнь в последующем подтвердила абсолютную правоту С.Т. Кишкина и полную несостоятельность научной мотивации его оппонентов. С учетом этого представляется исторически справедливым впредь именовать явление упрочнения твердого раствора частицами γ′-фазы в жаропрочных сплавах «эффектом С.Т. Кишкина». Признанием заслуг С.Т. Кишкина в открытии указанного эффекта можно считать то, что за работы в области создания концепции гетерофазности и комплексного легирования сплавов для авиационных газотурбинных двигателей он был удостоен Ленинской премии (1984 г.). Академики РАН Н.П. Лякишев, С.Т. Кишкин и И.Н. Фридляндер Как показало время, исключительно плодотворной зарекомендовала себя и разработанная С.Т. Кишкиным физико-химическая теория многокомпонентного легирования и микролегирования жаро- и высокопрочных сплавов, открывшая новые возможности повышения эксплуатационных свойств материалов и уменьшения металлоемкости деталей. В результате напряженных усилий С.Т. Кишкиным и его сотрудниками в относительно короткое время была разработана целая гамма высокопрочных, жаропрочных и специальных сплавов для авиационной техники.
