Металлы и человек - Михаил Васильев

Впрочем, тайной вольфрама владели еще древние металлурги. В металле некоторых образцов дамасских сталей также обнаружено присутствие вольфрама.

Вольфрам был первой легирующей добавкой к сталям, и, конечно, одним из первых его применений была добавка к орудийному металлу. Он резко поднял его стойкость. Это сразу же оценили немецкие инженеры, и поэтому в годы первой мировой войны легкие пушки германского производства выдерживали до 15 тысяч выстрелов, тогда как французские выходили из строя после 8 тысяч. А добыча вольфрама в это время превзошла добычу никеля, сурьмы и многих других элементов: с 200–300 тонн в год в начале века она в 1918 году достигла 32 тысяч тонн. Впрочем, уже в 1921 году она снова упала до 5 тысяч тонн. В 1941 году добыча вольфрамового концентрата достигла (без СССР) 47 тысяч тонн. Основными поставщиками его являются Китай, Бирма, США, Боливия, Португалия.

В настоящее время 80 процентов всего добываемого вольфрама идет на легирующие добавки в качественные стали. Около 15 процентов расходуется на изготовление твердых сплавов современных резцов. Оставшиеся 5 процентов перерабатываются на чистый вольфрам — металл, обладающий удивительными свойствами.

Попробуйте расплавить этот серебристо-белый металл.

Вам придется поднять его температуру до 3410 градусов. Немногие из металлов при такой температуре остаются и в жидком-то состоянии. Большинство кипит при более низкой температуре.

А вольфрам кипит только при 6000 градусов. Даже на поверхности Солнца он может еще находиться в жидком, а не в парообразном состоянии!

Чистый вольфрам обладает и невероятной прочностью, превосходящей прочность лучшей стали. Временное сопротивление разрыву вольфрамовой проволоки достигает 400 кг на кв. мм. И эту фантастическую прочность вольфрам сохраняет даже при нагреве до 800 градусов!

Вместе с тем чистый вольфрам обладает завидной пластичностью. Из него можно вытянуть проволоку, 80 км которой будут весить всего 200 г!

На пьедестале почета.

Ферровольфрам выплавляют в дуговых электропечах в присутствии угля с добавкой железного лома и флюсов. Чистый вольфрам в виде порошка получают восстановлением окисла вольфрама водородом или углеродом. Полученный тонкий порошок прессуют и спекают, нагревая пропусканием электрического тока до 3000 градусов.

Из этого вольфрама и вытягивают нити накаливания электроламп, штампуют детали радиоламп, рентгеновских трубок, электроды для контактной и атомно-водородной сварки и другие детали машин и устройств, которым предстоит работать при сверхвысоких температурах.

Таков вольфрам — самый прочный и самый тугоплавкий из всех металлов, самоотверженный работник в самых горячих местах машин и приборов, созданных человеком.

Сосед «благородных»

Этот металл открывали много раз. Впервые это сделал Д. И. Менделеев, предсказавший его свойства. Это было действительным, хотя и чисто умозрительным открытием. Затем о том, что его наконец получили, сообщали С. Керн в 1877 году, Баррьер в 1894 году, Огава в 1908 году и т. д. Может быть, некоторые из этих ученых действительно имели дело с «дви-марганцем» Менделеева. Однако утвердить окончательно свое открытие они не могли. Загадка оставалась неразгаданной.

В 1922 году немецкие химики В. и И. Ноддак начали систематические поиски аналогов марганца. Из килограмма руды, содержащей молибден, вольфрам, рутений и осмий, они выделили 0,2 грамма сплава этих элементов. Спектральный анализ указал, что здесь содержится и еще неизвестный элемент. Ученые сообщили о своем открытии в 1925 году. В честь Рейнской области они назвали его рением.

Это тяжелый (тяжелее золота, ведь его удельный вес 20 г на куб. см) серебристо-белый металл, похожий внешне на серебро. Он чрезвычайно тугоплавок. Только вольфрам имеет более высокую, чем рений, температуру плавления: 3170 градусов надо, чтобы расплавить рений. Кипит он при фантастически высокой температуре — 5870 градусов!

Рений обладает исключительной химической стойкостью. При нагреве до температуры в 1500 градусов он почти не соединяется с кислородом. Даже вольфрам уступает ему в этом. К тому же он меньше, чем вольфрам, распыляется при высокой температуре, поэтому вольфрамовые нити накала иногда покрывают рением. Есть сообщения, что и прочность рения при высоких температурах выше, чем прочность вольфрама.

Рений отличается исключительной стойкостью и против действия кислот, поэтому его пытаются добавлять в нержавеющие стали. Может быть, со временем он станет важнейшим витамином стали.

Вероятно, рений будет широко применяться для изготовления термопар.

Еще в очень небольших количествах добывается этот металл, чтобы можно было начать его широкое применение.

Рений — типичный рассеянный элемент. Только в некоторых молибденовых рудах иногда содержится до 0,01 процента рения. Из таких руд, из отходов молибденового производства его и добывают.

Справа в периодической системе элементов с рением соседствуют благородные металлы. Но он ближе к помощникам стали, к вольфраму, который является его соседом с другой стороны.

Секрет неутомимости

«Если бы не было ванадиевой стали, — сказал американский автомобильный король Генри Форд, — то не было бы и моего автомобиля».

«Если бы не было ванадия, не было бы некоторых групп животных», — считают зоологи, сообщая, что в крови голотурий содержится до 10 процентов ванадия.

Эти два мнения приводит академик А. Е. Ферсман, начиная свою поэтическую статью о ванадии, металле, который, несмотря на свою распространенность, долго не давался в руки человеку.

Ванадий был открыт в 1801 году мексиканским минералогом А. Дель Рио в бурой свинцовой руде. Дель Рио даже дал название новому металлу — эритроний. Но ученого мучили сомнения в точности его определения.

Он поставил новые опыты, посоветовался с друзьями и пришел к выводу, что описанный им новый элемент есть недавно открытый хром. Об этом он и объявил во всеуслышание в 1802 году.

В 1830 году шведский химик Н. Седстрём открыл в железной руде новый элемент, которому дал название «ванадий» — по имени древнескандинавской богини красоты Ванадис. А в 1831 году было доказано, что эритроний Дель Рио и ванадий Седстрёма — один и тот же металл.

Но только в 1869 году английский химик Г. Роско после нескольких лет напряженных поисков сумел получить металлический ванадий, да и то содержание примесей в нем превышало 4 процента. А между тем даже незначительные примеси резко изменяют свойства ванадия. В очень чистом виде этот металл серебристо-серого цвета, обладает значительной пластичностью, его можно ковать. Но даже небольшие количества примесей— особенно азота, кислорода и водорода — резко снижают пластические свойства металла: он становится очень хрупким и твердым.

Впрочем, механические свойства чистого ванадия изучены очень плохо. Ведь не существует ни в одной стране мира промышленного производства чистого ванадия. Только в лабораториях можно найти образцы этого металла той или иной степени чистоты.

А между тем ванадий имеет перспективы сыграть и сольную партию в оркестре металлов, используемых человеком. Он обладает значительной механической прочностью, большой коррозионной устойчивостью до температуры в 300 градусов, высокой температурой плавления — около 1700 градусов, меньшим, чем у железа, удельным весом — около 6 г на куб. см. Ванадий широко распространен в природе. Его в земной коре значительно больше, чем кобальта, молибдена, меди, свинца и олова.

Что ж, возможно, настанет время и ванадий будет распространенным конструкционным материалом. Из него будут делать детали машин, сооружений, как сейчас из стали и алюминия. Будет исследовано и многочисленное семейство сплавов ванадия, как сегодня исследованы сплавы железа и меди.

Но в настоящее время ванадий — металл-витамин; 95 процентов всего производимого ванадия идет в черную металлургию, используется в качестве легирующих примесей стали.

Обычно в сталь добавляют 0,15—0,20 процента ванадия. Это очищает сталь, ибо ванадий является отличным раскислителем. Вместе с тем его присутствие повышает упругость стали и ее прочность. Сталь становится неутомимой. Она не устает отвечать упругим противодействием на силу, стремящуюся согнуть, деформировать изделие из нее, словно ванадий знает секрет неутомимости и, войдя в сталь, сообщает ей его, умножив ее силу и выдержку. Именно поэтому ванадий — обязательный элемент в рессорных и пружинных сталях. Ванадий увеличивает сопротивляемость сталей окислению, уменьшает усадочные раковины в слитках стали.

Ванадиевые стали используются в автомобилестроении, авиации, различных других отраслях машиностроения.