Металлы и человек, стр. 57
Но и у магния и алюминия есть еще более опасный соперник на право называться крылатым металлом будущего и особенно — металлом межпланетных рейсов.
Его руду оправляют золотом
Конечно, это бериллий. Блистательный бериллий!
Он входит в состав многих самоцветов. Изумруды и хризобериллы, аквамарины и эвкилазы — ценнейшие камни, сиявшие на коронах императоров и в перстнях вельмож, ограненные и вставленные в оправу из самых дорогих металлов, вырезанных талантливейшими ювелирами, — просто руда для получения бериллия.
Много историй можно рассказать о кусочках руды бериллия, столь ценимых человеком на протяжении нескольких тысячелетий. Сколько крови, пота, сколько человеческих судеб, жизней, страстей сплеталось вокруг этих красивых, но совершенно бесполезных камешков! Но все это — отошедшее или отходящее прошлое бериллия. Будущее его представляется совсем другим.
Впервые о существовании бериллия догадался французский химик Воклэн, много лет занимавшийся изучением свойств драгоценных камней. В 1798 году он сообщил о своем открытии Французской Академии наук. Он предложил назвать новый металл глюцинием — от греческого слова «сладость», так как соли бериллия показались ему сладкими на вкус.
Бериллий. Век XIX и век XXI.
Металлический бериллий был впервые получен в 1828 году. Крохотная щепотка темно-серого порошка, загрязненного примесями, не позволила узнать как следует свойства нового металла. Только через 70 лет, на самой грани двадцатого века, получили электролизом сравнительно чистый бериллий. И началось изучение его физических свойств.
Они оказались блистательными. Только титан, вероятно, может соперничать с бериллием счастливым сочетанием крайне полезных для человека свойств.
Бериллий — твердый, серебристо-серый металл. Его удельный вес почти равен удельному весу магния—1,82 г на куб. см. Температура плавления— 1284 градуса — значительно выше, чем у магния и алюминия. И это большое преимущество, ибо авиация будущего — прежде всего авиация высоких скоростей, а значит, и высоких температур.
Да, именно так. Встречный воздух, который, когда вы быстро идете, нежной прохладой овевает ваше лицо, уже упрямо и упруго упирается в плечи и грудь велосипедиста, едущего с большой скоростью. Он, словно резиновая подушка, давит на стекло автомобиля, летящего по шоссе. Значительная часть мощности мотора уходит на это сопротивление. И он становится почти твердым, когда вы высунете руку из кабины самолета, летящего со скоростью всего 200–250 км в час.
Не пытайтесь высунуть руку из кабины сверхзвукового самолета — вы просто потеряете ее. Американский летчик, которому пришлось выпрыгнуть без защиты из терпящего аварию сверхзвукового самолета, был изломан потоком воздуха, словно прошел сквозь мясорубку. Воздух сорвал с его головы кожу, изломал конечности, грудь. Летчику много месяцев пришлось провести после этого прыжка в лечебнице. И ему еще очень повезло, ибо в аналогичных случаях летчики просто погибали.
Ударяющий с такой скоростью в корпус самолета ветер нагревает его поверхность. Уже сейчас на сверхскоростных самолетах приходится предусматривать специальное охлаждение кабины пилота. А еще больше этот нагрев у космических ракет. Печально знаменитые «Фау-2», которые фашисты применили в конце второй мировой войны для обстрела Лондона, светились в момент падения вишнево-красным цветом — так нагрело их сопротивление атмосферы. Вот поэтому-то и важна высокая сопротивляемость нагреву, высокая температура плавления у крылатых металлов будущего.
А бериллий обладает к тому же и высокой теплостойкостью. Деталь из дюралюминия при нагреве до 400 градусов становится в 5 раз менее прочной, чем до нагрева. А бериллиевая деталь снизит свою прочность лишь наполовину.
Не уступает бериллий другим металлам и по удельной прочности. Если у нержавеющей стали удельная прочность равна 10, у сверхпрочной стали — 20, то у бериллия она превосходит 26. Каркас высотного дома, сделанный из такого же по весу количества бериллия, что и стальной каркас, будет значительно прочнее последнего. Самолет, сделанный из бериллия, только за счет разницы в весе будет иметь на 40 процентов большую дальность полета, чем такой же самолет из алюминия.
Вот почему о блистательном бериллии заговорили, как о крылатом металле будущего.
Однако не только авиаконструкторы обратили на новый металл свое благосклонное внимание. Еще раньше нашли ему применение рентгенотехники. Оказалось, что твердый, неподатливый бериллий почти абсолютно прозрачен для рентгеновских лучей. И поэтому «окна» рентгеновских трубок во всем мире ныне делают из бериллия.
Очень скоро заинтересовались бериллием и металлурги. Крохотные добавки этого металла, как им удалось установить, резко изменяют свойства многих металлов и сплавов.
Мы говорили уже об усталости металлов — неприятном свойстве их ломаться, испытав определенное количество даже не очень значительных напряжений.
Было время, рессоры для автомобилей делали из обыкновенной углеродистой стали; 800–850 тысяч толчков выдерживали они и ломались от усталости. В сталь ввели небольшое количество бериллия, и словно новой силой налился металл: 14 миллионов толчков выдержали рессоры при испытаниях, и даже следов усталости не было у них. Неутомимость придал стали бериллий.
Бериллий не соединяется с магнием, но стоит ввести его в состав магниевого сплава — хотя бы не более 0,01 процента — и резко повышается его стойкость против коррозии в воздухе и в воде. И даже при нагревании до 700 градусов такой сплав, содержащий добавку бериллия, не загорается. Противопожарные свойства придал магнию бериллий.
Бериллий является лучшим раскислителем стали. Ни алюминий, ни магний не обеспечивают такой полноты раскисления, как бериллий.
Но самым важным сегодня сплавом, в котором содержится бериллий, являются так называемые бериллиевые бронзы.
Нет, бериллий не является основой этих сплавов, хотя он и дал им свое имя. Его содержание в них ограничивается 2–2,5 процента. Но влияние этой добавки оказывается поистине чудодейственным.
Самые ответственные детали механизмов — пружины, электрические пружинящие контакты, шестерни и подшипники, — работающие при больших скоростях, высоких давлениях и температурах, изготовляются из бериллиевых бронз. Да это и понятно: прочность их после соответствующей термической обработки не уступает прочности лучшей стали. Они отличаются высокой упругостью, хорошей электропроводностью и теплопроводностью. К тому же они хорошо сопротивляются истиранию. Но не только поэтому, а также и потому, что они при ударе о камень никогда не рождают искры, из бериллиевых бронз делают кирки, молотки, пилы, применяемые на взрывоопасных работах — в шахтах, на пороховых заводах и т. д.
Бериллиевые бронзы умеют стареть почти так же, как некоторые сплавы алюминия. Чтобы вызвать процесс старения, изделия из бериллиевой бронзы нагревают до 780–800 градусов, охлаждают в воде, а затем в течение нескольких часов подвергают отпуску при температуре 250–350 градусов. После закалки сплав становится очень пластичным, податливым, как глина. Но после отпуска пластичность исчезает, зато прочность возрастает в несколько раз. Если предел текучести у закаленной бериллиевой бронзы не превышает 16 кг на кв. мм, то после отпуска он поднимается до 128 кг на кв. мм.
И еще одно важнейшее применение бериллию нашли металлурги. Они насыщают этим металлом поверхностные слои стальных изделий в тех случаях, когда им надо придать особую твердость и стойкость против окисления при температурах до 800 градусов. Этот процесс называется бериллизацией. Он состоит в нагреве погруженного в порошок бериллия или его богатого соединения стального изделия до температуры около 1000 градусов.
Вот сколько важнейших применений нашел бериллий в металлургии!