Григорий Николаев - Металл Века

• Название: Металл Века
• Автор: Григорий Николаев
• Издательство: Металлургия
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1987

Металлом века заслуженно называют титан. Об истории этого ме­талла, его замечательных свойствах, способах производства, об ис­пользовании его в авиации, космонавтике, химической индустрии, в быту, на транспорте, в медицине, а также о его возможностях и перспективах применения увлекательно рассказано в этой книге.

Первое издание книги того же названия, опубликованное в Днеп­ропетровске (издательство ”Промiнь”) в 1975 г., было отмечено второй премией и Дипломом второй степени на Всесоюзном кон­курсе лучших произведений научно-популярной литературы. Второе издание было выпущено в 1982 г. издательством "Металлургия”.

Предназначена для широкого круга читателей

---

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.

Если даже золото не стойко против этих веществ, то что же тогда говорить о неблагородных металлах! Как, наверное, беззащитно будут выглядеть они по сравнению с золотом!.. Но так думать нельзя, потому что предположение это ошибочно.

Как знатность по рождению не гарантирует талантов и высоких моральных качеств, точно так же и химическое "неблагородство” не умаляет имеющихся достоинств. И в хлорной воде, и в смеси азотной и серной кислот, и в разрушительной ”царской водке” при обычной температуре стоек титан!

Разумеется, это совсем не значит, что титан превосходит по своей стойкости золото и другие драгоценные металлы. В подавляющем большинстве агрессивных сред ”химическая аристократия” подтвердит свое благородство и поставит титан на место. Но все равно это не ”подрывает авторитета” нового промышленного металла: нередко он демонстрирует поистине феноменальную стойкость, и не зря пишут в серьезных научных изданиях, что по коррозионной стойкости во многих средах титан не уступает платине.

БРАТ ОКЕАНА

Если погрузить в океан одинаковые — миллиметровой толщины — пластинки алюминия, медноникелевого сплава ”мо- нель”, нержавеющей стали и титана, то дальнейшие события будут развиваться так.

Вскоре, буквально через несколько дней, алюминий покроется серыми пятнами, а сплав "монель" станет темно-зеленым. Спустя пять месяцев со дня погружения в океан разрушится алюминиевая пластинка. Пластинка "монеля" просуществует на четыре месяца дольше. Нержавеющая сталь более стойко сопротивляется воздействию едкой воды, но и ее образец, довольно быстро сделавшись ржаво-коричневым, растворится через четыре года. Уничтожить сталь помогут ракушки и водоросли — прирастая к металлу, они вызывают разрушительную точечную коррозию.

Пройдут еще годы, десятилетия... Пластинка титана тоже обрастет водорослями и моллюсками, но будет оставаться под их слоем блестящей и невредимой. Минуют столетия, но и через века с титаном практически ничего не случится. За тысячу лет коррозия проникнет в глубь металла... на 20 микрон.

Чем же объясняется такая феноменальная стойкость? Быть может, играют роль далекие родственные связи — ведь, как вы помните, океан — тоже титан?! Нет, разумеется, мифология здесь не при чем. Просто морская вода содержит в себе растворы неорганических солей, особенно хлористые соединения, против которых титан устойчив в противоположность другим металлам.

Но ученым надо знать, как ведет себя тот или иной металл не только в спокойном состоянии, но и в условиях кавитации.

Слово "кавитация” образовано от латинского — "пустота". Чем же вредна пустота? И откуда она берется?! В движущейся воде образуются небольшие пространства (пузырьки), заполненные воздухом. Эти пузырьки очень опасны. Лопаясь, они вызывают постоянные удары жидкости о поверхность обтекаемого тела, такие систематические "выстрелы" разрушают любой материал. Титан очень хорошо противостоит гидравлической кавитации. Вот один очень характерный пример.

Диски из различных материалов вращались в морской воде со скоростью свыше 1000 оборотов в минуту. В подобных опытах особенно повреждаются внешние края диска, так как именно там потоки воды достигают наивысшей скорости. После двухмесячного непрерывного вращения титановый диск "похудел" всего на 0,05 грамма, второй же после титана по стойкости материал разрушался в 80 раз интенсивнее, и его толщина по наружной кромке уменьшилась, тогда как титановый диск нисколько не сделался тоньше.