До сих пор мы говорили о металлах, «работающих» в основном на Земле. Главным образом, о черных металлах. Это естественно: железо, сталь и чугун помогли людям создать современную цивилизацию. Вплоть до начала нашего столетия железо и его сплавы играли ведущую роль в промышленности. Эта роль не утеряна и сейчас, но в XX веке все большее значение начинают приобретать другие металлы — цветные. Снова очень ценной и нужной стала медь. Металл древних бронзовых орудий оказался необходимым для электротехники. Обмотки трансформаторов и электрогенераторов, линии электропередач, электрическая проводка внутри машин и зданий — все это сделано из меди. Затем на передний план выдвинулись и другие металлы, которые помогли человеку покорить сначала воздух, а затем и безвоздушное пространство.
Первые самолеты имели деревянный каркас, обтянутый тканью. Их насмешливо называли «летающими этажерками». Но эта легкая конструкция вполне отвечала своему назначению, пока скорости полета не превышали 150 километров в час. Потом скорости увеличились — и самолеты начали разламываться в воздухе. Ломались крылья и хвостовое оперение, разваливались фюзеляжи... Стало ясно, что от деревянного каркаса надо избавляться. Чем же заменить дерево и ткань? Требовался материал гораздо более прочный, но такой же легкий. Ведь вся история авиации — это, по сути, борьба с весом. Чем легче самолет, тем быстрее он полетит, тем больше полезного груза сможет забрать.
Первым летающим металлом стал алюминий — самый распространенный металл в земной коре. Запасы его практически неисчерпаемы. Алюминий хорошо проводит тепло и электричество, уступая в этом только серебру, меди и золоту. Зато по удельному весу он гораздо легче этих металлов.
Всем был бы хорош алюминий, да вот беда — непрочен, мягок. Нельзя из него делать самолеты. И вообще ничего нельзя делать, кроме посуды. Поэтому и применение его было очень ограниченно. А когда его только что открыли и начали получать в лабораторных условиях, то вообще не знали, на что может употребляться этот металл.
Помню, в одной старой книге читал я о неожиданном применении, которое нашел для алюминия русский царь. Для отряда гренадеров, который должен был присутствовать на торжествах в Париже, сделали алюминиевые шлемы. Фурор был необыкновенный. Парижане ахали, думая, насколько же богат русский царь, если сделал шлемы... из серебра (в то время широкая публика про алюминий почти не знала). Ошибались парижане: алюминиевые шлемы стоили тогда гораздо дороже серебряных. К сожалению, я нигде не мог найти подтверждения этому факту, поэтому и привожу его как полулегенду.
В те годы усиленно развивалось советское самолетостроение. Но покупать дюраль у немцев за золото молодая Советская Республика не могла: это было слишком дорого. Надо было получить свой сплав. Этим занялся генеральный авиаконструктор А. Н. Туполев (впрочем, в то время он еще не был генеральным). На Кольчугинском заводе по обработке цветных металлов Туполев организовал группу ученых и производственников, которые и разработали аналогичный сплав. Он был назван кольчугалюминием.
Но на этом дело не кончилось. Советские ученые А. А. Бочвар, С. М. Воронов, И. Н. Фридляндер, М. Е. Дриц, И. Ф. Колобнев и другие продолжали работу над созданием «крылатого металла» и разработали еще много легких и прочных сплавов.
Своеобразные свойства алюминиевых сплавов определили и технологию их обработки. Детали изготавливаются сразу же, как только материал выплавлен: тогда он мягкий и его легко резать, ковать, прессовать, прокатывать. Затем детали закаливаются и выдерживаются несколько дней, после чего приобретают максимальную прочность, не уступающую прочности многих легированных сталей. Замечательно также и то, что некоторые сплавы не теряют прочности при минусовых температурах, даже близких к абсолютному нулю.
«Крылатый металл» алюминий стал и одним из первых космических материалов. Из его сплавов были изготовлены и оболочка первого нашего спутника, и корпуса американских космических ракет «Авангард» и «Титан».
Однако не только в авиации и космосе применяется алюминий. Самый распространенный на Земле металл широко внедряется в различные отрасли хозяйства. Американские ученые составили как-то список изделий из алюминия. В нем более двух тысяч названий. Можно только поражаться разнообразию предметов, собранных в этом списке — автобусы и суда на подводных крыльях, железнодорожные вагоны и подводные лодки. Во Франции построен целиком из алюминия пассажирский лайнер длиной свыше 300 метров. Не только его корпус, внутренние переборки, стены кают, даже мебель — алюминиевые.
Из алюминия делают перекрытия, наружную облицовку и оконные рамы высотных зданий, аппаратуру для производства кислот и многих органических веществ, резервуары для хранения жидкого кислорода, радиаторы автомобилей и тракторов, моторные и весельные лодки и, наконец, посуду и мебель. В последнее время из алюминия стали делать даже... оконные занавески.
Поэтому из магниевых сплавов можно изготовлять детали самолетов и даже двигателей, которые работают при очень высокой температуре. Американцы, например, применяют эти сплавы в космических ракетах «Поларис», «Тор», «Юпитер», «Атлас», «Титан» и в спутниках. А в американских ракетах типа «воздух — воздух», которые работают непродолжительное время, магниевые сплавы составляют до 90 процентов веса всей конструкции.
Удивительный металл, не правда ли? Но еще более удивителен бериллий. Казалось, природа решила создать эталон материалов, на который нужно равняться, придав ему лучшие свойства всех других металлов. Судите сами: бериллий тверд, как алмаз, и так же легко режет стекло. Он в полтора раза легче алюминия и в то же время прочнее многих специальных сталей. К тому же он жаростоек — вплоть до 800 градусов выше нуля не утрачивает своих полезных свойств. Теплопроводность его в семь раз выше, чем у стали, теплоемкость больше, чем у всех других металлов. А сплавы его с другими металлами еще более тверды, прочны, жаростойки и устойчивы против коррозии. Бериллий щедро оделяет другие металлы своими свойствами. Так, насыщенная им поверхность стальных изделий придает им устойчивость против морской воды и даже азотной кислоты.
Американские инженеры применяют бериллий для корпусов космических кораблей и сверхзвуковых самолетов, а также для теплозащитных конструкций в них.
Бериллий работает не только в космосе. Бериллиевые бронзы — великолепный материал для пружин, шестерен, подшипников, которые должны работать в особо тяжелых условиях: при высоких температурах и давлениях, в бензине, масле, в морской воде. А бериллиевые рессоры практически вечны: они выдерживают до 20 миллионов толчков, в то время как стальные не более 800—850 тысяч. Бериллий применяется и в атомных реакторах, и в рентгеновских аппаратах, и даже в стекольной промышленности: он входит в состав специальных стекол, пропускающих ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.
Однако, создав такой превосходный материал, природа «позаботилась» о том, чтобы как можно сильнее затруднить его использование человеком. Бериллий очень ядовит: он вызывает язвы, опухоли и даже специфическую болезнь — бериллиоз. Поэтому при обработке его приходится соблюдать особые меры безопасности: люди работают в специальных костюмах. Да и обрабатывать бериллий трудно: он тверд и хрупок. Но несмотря на все эти «рогатки», бериллия добывается с каждым годом все больше и больше.
Но еще больше добывается титана.
Титановые сплавы употребляются и в космических кораблях. Например, в американских «Меркурий» и «Джемини» из них изготовлены корпус, внутренняя и наружная обшивки.
Зарубежные ученые считают, что титан — лучший материал для корпусов судов и подводных лодок. Помимо прочности и химической стойкости, днища из титана обладают еще одним бесценным свойством: они не обрастают ракушками, счищать которые — необыкновенно тяжелая и длительная работа.
Универсальная стойкость титана открыла ему широчайшее применение в химической промышленности. Химическое оборудование из титана служит в 15—20 раз дольше, чем из нержавеющей стали. Там, где деталь из нержавейки выдерживает всего несколько суток (например, в среде из хлористых солей), титановая и после трех лет работы выглядит как новенькая.
Чистый титан вдвое легче нержавеющей стали, но не уступает ей по прочности. А некоторые его сплавы прочнее стали в несколько раз. Недаром титан называют соперником железа. И к этому есть веские основания. Ученые считают, что если так усовершенствовать производство титана, чтобы его стоимость снизилась в несколько раз, то он вытеснит железо из многих конструкций. Но пока что этот металл очень дорог.
Титан довольно распространен в природе. В земной коре его больше, чем меди, хрома, никеля, цинка, марганца, висмута, свинца, вольфрама, ртути, молибдена, сурьмы и олова, вместе взятых. И однако получить и обработать титан очень нелегко.
Автор этой книги учился в Московском институте стали и сплавов, когда начались широкие исследования по обработке титана. И нам, студентам, интересующимся этой проблемой, давали титановые отливки в виде прямоугольных «чурок». Как мы только не изощрялись! Нагревали заготовки до разных температур, меняли давление валков прокатного стана. Все было напрасно. При первом же соприкосновении с валками заготовки рассыпались. Нас утешало только то, что и у больших ученых в то время результаты были не лучшими. И все-таки титан научились обрабатывать, когда удалось получить его в достаточно чистом виде. Сейчас производство титана растет необычайно быстро: втрое быстрее, чем росло когда-то производство алюминия. Правда, технология получения этого металла еще очень сложна. Но металлурги упорно работают над ее упрощением и удешевлением. Нет сомнения, что в конце концов это удастся.
Итак, мы познакомились с четырьмя «летающими» металлами — алюминием, магнием, бериллием и титаном. Вы, наверное, заметили, что в них есть много общего — в частности, все они легкие и прочные (если не сам металл, то его сплавы). Все они покрываются окисной пленкой, защищающей от химического воздействия с окружающими веществами. Мы не сказали только об одном — ни один из них не смог пока вытеснить до конца сталь. И в космических кораблях, и в самолетах, и в океанских лайнерах, и почти в любой другой конструкции обязательно есть стальные детали. Чаще всего сталь занимает главенствующее положение, реже она уступает первенство другим металлам. Очень часто применяются сплавы железа с этими металлами. Так, титановые стали обладают великолепными качествами. А иногда сталь просто служит основой, которую покрывают другими металлами. Например, в химической аппаратуре часто стальные изделия покрывают тонким титановым слоем. И при той же химической прочности детали получаются в несколько раз дешевле. Так что сталь далеко не изжила себя. Она, конечно, уступает постепенно место другим металлам и пластмассам, но этот процесс будет идти еще очень и очень долго.
