Металлы и человек
Шрифт:
Это его дерзкая мысль вступила в борьбу с коррозией и, словно щитом прикрыв нестойкий металл, многократно удлинила его жизнь.
Чем был без человека металл?
Ржавыми камнями, бесплодно выветривающимися в обрывах гор.
Чем он стал в руках человека?
Фундаментом второй природы, скелетом пирамиды, которую мы называем материальной культурой. Вершина этой пирамиды сегодня достигла Луны, завтра коснется Венеры и Марса, а послезавтра дотянется до других звездных миров.
Много побед одержал человек над природой с помощью металла. Но всем этим победам предшествует победа над самим металлом.
Получить металл из руды, придать ему высокие качества, сделать его прочным — это еще только первая половина дела. Надо придать металлу ту форму, которая нужна в конкретной детали машины, конкретной части сооружения.
Человек научился и этому. Он создал станки, которые обжимают и формуют болванки из сверхтвердой стали так же легко, как ребенок орудует пластилином. Другие станки режут крепчайшие металлы, используя для этого стальные же резцы. А когда они отказывают, он берет на помощь холодную твердость алмаза, резкую силу электрической искры, упругую мощь ультразвука. Третьи машины делают нужные человеку вещи прямо из огненной лавы расплава.
И, может быть, среди многих побед человека победа над металлом является самой главной.
Побежденная лава
Литье — один из самых древних способов обработки металлов. Более шести тысяч лет тому назад первые металлурги лили бронзу в каменные формы. Но, конечно, с тех пор ничего не осталось неизменным в литейном деле, кроме, может быть, главного принципа: расплавленный металл выливается в заранее приготовленную форму будущего изделия.
Множество различных способов обработки создал с тех пор человек. Он построил гигантские молоты, прессы, прокатные станы, открыл принципиально новые методы обработки, но литье и сегодня не сдает своих позиций. Ведь и сегодня металлообрабатывающие станки состоят на 80–85 процентов по весу из деталей, полученных литьем. В тракторе и крупных гидравлических турбинах 55–60 процентов литых деталей. И даже обычный товарный вагон содержит 25 процентов литья.
Современное литье позволяет получать отливки чрезвычайно сложной формы — такой, какую не получишь ни токарной, ни фрезерной обработкой, ни даже ковкой и штамповкой. Попробуйте, например, получить штамповкой или обработкой резанием обыкновенный перепускной вентиль — бочкообразное изделие с тремя отверстиями и фигурными стенками внутри. Да он, пройдя сотни операций на различных станках, будет стоить столько, сколько стоит такого же веса золотой слиток! А ведь вентили применяются буквально везде, их изготовляют десятки, если не сотни, тысяч в год. Конечно, их изготовляют литьем!
Современное литье позволяет получать и крохотные отливки — весом всего в несколько граммов, и гигантские — весом в десятки и даже сотни тонн. Можно изготовлять отливки уникальные, в единственном экземпляре, и десятками тысяч на конвейере. Можно делать их из чугуна или стали и из разнообразнейших цветных металлов, кроме самых тугоплавких. Отливки можно изготовлять и из таких сплавов, которые никаким другим видам обработки не поддаются, например белого чугуна, целого ряда алюминиевых сплавов и т. д.
По образу и подобию.
Конечно, кое в чем литье уступает другим видам обработки. Например, прочность литого коленчатого вала уступает прочности кованого вала. Некоторые детали, изготовленные сваркой из различных видов проката, оказываются менее металлоемкими, чем такие же литые детали. Но, сдавая некоторые позиции сварным конструкциям, литье захватывает новые в совершенно неожиданных областях. Лить начинают даже такие детали, которые никогда литьем не изготовлялись. К ним относятся, например, турбинные лопатки, коленчатые валы, режущий инструмент — фрезы, резцы и т. д.
Для получения литья в первую очередь надо расплавить металл. Для этой цели в чугунолитейных цехах стоят младшие сестры домен — вагранки. Это цилиндрические металлические печи, выложенные внутри шамотным кирпичом. Диаметр вертикально поставленного цилиндра вагранки может достигать до 3 м. Высота — 10 м — выше трехэтажного дома.
В вагранку загружают кокс, флюсы, чугунные чушки, стальной и чугунный лом. Сквозь систему фурм в нее подают воздушное дутье. Так же, как и во многих других печах, очень хорошие результаты дает обогащение дутья кислородом.
В нижней части вагранки скопляются жидкий чугун и шлаки. У некоторых вагранок имеются специальные копильники, в которые и стекают металл и шлак. В зависимости от величины вагранка дает от 1 до 25 тонн чугуна в час.
Сталь для литья плавят в небольших мартенах и электропечах. Для расплавления цветных металлов служат различные электропечи.
…Но вот уже волнуется искусственная лава в копильнике. Готов ковш, чтобы отнести горсть металла к форме. А как делают эту форму?
Форму можно сделать только по модели изделия, которое надо получить. Даже имея такое изделие, нельзя, не изготовив формы, получить такое же второе изделие. Дело в том, что модель, по которой будет производиться отливка, отличается от самого изделия.
Прежде всего она имеет другие размеры. Это и понятно: ведь, заполнив в расплавленном виде форму, металл при охлаждении начнет сжиматься, произойдет усадка металла, как говорят литейщики. Поэтому модель всегда несколько больше изделия.
Во-вторых, модель не повторяет целиком формы изделия. Обычно там, где у изделия отверстия, у модели, наоборот, выступы, да еще окрашенные в черный цвет. Впрочем, их назначение сразу станет ясным, как только мы пройдем вместе с нашей деревянной моделью к тому месту, где изготовляется по ней земляная форма.
Если изделие невелико, его отливают в разборной опоке. Опока — это деревянный или металлический ящик, у которого отрезана верхняя половина стенок и нет крышки. В нижнюю половину, перевернув ее, закладывают модель и засыпают землей и формовочной смесью. После того как эта смесь будет достаточно уплотнена, опоку переворачивают, накладывают верхнюю половину ящика и тоже засыпают землей и уплотняют. В земле этой половины ящика проделывают отверстия от модели наружу. Их делают минимум два: в одно наливают металл, по другому уходит вытесняемый из формы воздух. Снова разъединяют половинки ящиков, вынимают модель, устанавливают стержни — вылепленные из особой земляной смеси формы отверстий и углублений в изделии. Эти стержни опираются на земляную форму в местах черных выступов модели — вот мы и выяснили их назначение. Ящики снова складывают. Земляная форма готова к заливке металлом.