Металл века
Шрифт:
Мы привыкли к тому, что всякий конструкционный материал имеет свои достоинства и недостатки. Если алюминий,
например, почти в три раза легче стали, то он и в несколько раз менее прочен и плавится уже при 660 градусах, тогда как точка плавления стали находится выше 1500 °С. Примерно то же самое можно сказать и о магнии.
Интересно, а насколько титан уступает стали по прочности? Титан не уступает стали: он в полтора раза прочнее! Но, может быть, этот металл плавится при невысоких температурах? Титан плавится только при 1660 °С, то есть при более высокой температуре, чем железо и сталь. Так что не зря титан отливает стальным блеском:
Но, кроме хорошей прочности, конструкционный материал обязательно должен иметь и такое важное качество, как пластичность. Пластичность — это способность материала изменять свою форму не разрушаясь, и именно в этой способности титану долго было отказано. Еще в сороковые годы нашего века о титане писали, что он ”хрупок и легко превращается в порошок при дроблении в ступке”. Любопытна и следующая запись: "Попытки вытянуть проволоку из титана безуспешны”.
Меньше всего хотелось бы иронизировать над автором приведенных строк, тем более что он поставил перед собой задачу ”заполнить досадный пробел в литературе, посвященной столь важному и интересному химическому элементу”.
На протяжении полутора столетий подлинных свойств металла не знал никто в мире. Но как только стали получать титан достаточной степени чистоты, сразу выяснилось, что причиной хрупкости металла являются примеси, а чистый титан очень пластичный материал. Его куют, как железо, вытягивают в проволоку, прокатывают в листы, трубы, ленты и даже в фольгу толщиной в сотые доли миллиметра.
Титан — более упругий металл, чем магний и алюминий, но менее упругий, чем сталь. Он гораздо тверже алюминия, магния, меди, железа и почти не уступает особо обработанным легированным сталям. Титан — один из немногих металлов, которые наряду с высокой прочностью и пластичностью обладают хорошей вязкостью, то есть противостоят воздействию ударов. Этот металл характеризуется еще и таким ценным свойством, как отличная выносливость.
Важный показатель любого металла — предел текучести. Чем он выше, тем лучше металл сопротивляется нагрузкам, стремящимся смять его, изменить размеры и форму изготовленной из него детали. У титана предел текучести весьма высок: в два с половиной раза выше, чем у железа, в три с лишним раза выше, чем у меди, и почти в 18 раз превосходит этот же показатель для алюминия.
Итак, титан гораздо прочнее и легче обычной углеродистой стали, получаемой из чугуна. Но в современном машиностроении широко распространены не столько углеродистые, сколько легированные стали, то есть сплавы на основе железа с добавками никеля, хрома, марганца, молибдена, вольфрама, а также других цветных и редких металлов. Легированные стали значительно прочнее углеродистых и в несколько раз прочнее технического титана. Выходит, что титан все-таки уступает стали? Нет не уступает! Титан тоже можно легировать и тогда получают сплавы, прочность которых в два- три раза больше прочности чистого титана.
Титановые сплавы — это, быть может, самые совершенные материалы, которыми располагает современная техника. Они превосходят все другие распространенные металлы по такому важному показателю, как удельная прочность. Что это такое? Не что иное, как прочность, приходящаяся на единицу массы.
Чтобы нагляднее постичь это, представим себе такую картину. На помост выходят тяжелоатлеты. Вряд ли нас удивит то, что грузный человек поднимает большую тяжесть. Ведь так оно и должно быть: те, кто полегче, обладают, как правило, меньшей силой, а от массивного, с мощными бицепсами атлета мы ждем и высокого результата. Не зря же в тяжелоатлетическом спорте введены различные весовые категории. А теперь вообразим, что после этого тяжелоатлета на помост вышел скромный, на первый взгляд ничем не примечательный спортсмен, худощавый, среднего роста и с первой попытки покорил тот же самый вес. Кто же из них сильнее? Конечно же, худощавый!
Такую же аналогию можно провести относительно титановых сплавов и специальных сталей. Титановые сплавы почти вдвое легче, а нагрузки выдерживают почти такие же.
Если бы все достоинства титана заключались только в его легкости и прочности, то и этого было бы уже достаточно для развития титановой промышленности, так как и в этом случае игра стоила свеч и нашлось бы немало отраслей, заинтересованных в таком материале. Но, помимо прочности и легкости, титан отличается еще и замечательной стойкостью против коррозии.
КОГДА ОТСТУПАЕТ ЗОЛОТО
Среди семи с лишним десятков металлов в периодической системе есть небольшая группа элементов, стоящих особняком. Это "химическая аристократия", так называемые благородные металлы. Как патриции среди плебеев, возвышаются они над остальными, неблагородными металлами. Ценность их подчеркивается еще и высокой стоимостью. "Аристократов" всего восемь. Золото, серебро, платину знают все. Остальные пять — металлы платиновой группы: иридий, рутений, родий, осмий, палладий.
Все эти металлы очень тяжелые и одновременно мягкие, хорошо проводят электричество и тепло, легко обрабатываются. Они плавятся при сравнительно высокой температуре, имеют красивый внешний вид. Но не это самое главное, не поэтому они благородные. Всем им свойственна стойкость против воздействия кислот, щелочей, солей и газов. Разнообразно применение благородных металлов. Их используют в химической и ювелирной промышленности, в электротехнике и зубоврачебном деле. Золото является валютным металлом.
Невозмутимость, инертность, спокойствие — вот что такое благородство металла. Золото почти ни с чем не вступает в реакцию и именно поэтому в земной коре оно находится в самородном состоянии. Сколько бы ни пролежало золото под открытым небом, оно не окислится, не заржавеет. Благодаря такой стойкости сохраняются почти в первозданном виде произведения искусства древности, утварь, украшения, которые находят в раскопках спустя тысячелетия.
Черные металлы — основные материалы для современной техники и им поручена самая черная и неблагодарная работа. Миллионы тонн чугуна и стали быстро уничтожает коррозия, и на смену им выплавляют новые миллионы.
С олимпийским спокойствием взирает на события в стане плебеев золото — царь металлов. И так же спокойно ведет оно себя при встрече с агрессивными реагентами — сильнейшими кислотами и щелочами. Золото не вступает в реакцию ни с одним из них, подобно тому как надменный аристократ не снисходит до разговора с первым встречным.
Да, золото не реагирует с сильнейшими разрушителями многих других металлов. Это — правило. Но из некоторых правил бывают и исключения. Так и здесь. Смесь трех частей соляной и одной части азотной кислоты легко растворяет ”царя”. Оттого смесь эта образно названа "царской водкой”. Точно такой результат будет и в том случае, если золото поместить в смесь азотной и серной кислот, в хлорную воду и еще в некоторые реагенты.