Файл: Казаков Б.И. Металлы рассказывают о себе.pdf

рал представляет собой кальций, связанный с какой-то до того времени неизвестной кислотой, которую он на­

д’Эльгуайр. Сделав свое открытие, Шееле больше не останавливал на нем своего внимания и перешел к дру­ гим работам. Д ’Эльгуайра же очень заинтересовала но­ вая кислота, и он стал ее исследовать и искать в других минералах. Вместе со своим братом д’Эльгуайр проде­ лал очень большую работу. В этом минерале братьями была найдена та же самая тунгстеновая кислота, каль­ ция же в ней не обнаружили.

Через два года после открытия Шееле, подробно изу­ чив кислоту, д’Эльгуайры выделили из нее совершенно новый элемент, который с тех пор и стал называться воль­ фрамом; минерал же, из которого он был получен, стали называть вольфрамитом. Вольфрамит, хотя и очень тя­ жел, но он не то же самое, что тот «тяжелый камень», который исследовал Шееле, хотя оба представляют со­ бой соль вольфрамовой (она же тунгстеновая) кислоты. Если, как показал Шееле, «тяжелый камень» есть каль­ циевая соль вольфрамовой кислоты, то вольфрамит — марганцевая и железная соль той же кислоты. В честь первооткрывателя вольфрамовой кислоты — Карла Ше­ еле— минерал, известный как «тяжелый камень», стали называть шеелитом.

Столетний молчальник заговорил

Замечательное открытие Шееле и испанских химиков представляло собой большой научный интерес, однако практического применения новый элемент долго не на­ ходил. Прошло почти сто лет, прежде чем вольфрам стал играть какую-то роль в промышленности.

149

Новый элемент оказался самым тугоплавким метал­ лом: для того чтобы расплавить, его надо нагреть до температуры 3 370°. Вольфрам уступает только углероду, температура плавления (вернее возгонки) которо­

го 3 500°.

Для того чтобы расплавленный вольфрам закипел, надо поднять его температуру почти до 6000°, то есть до температуры поверхности солнца!

С давних времен твердостью и прочностью своей славились клинки из дамасской стали, мечи японских самураев и шведская сталь. Секрет их изготовления мучил металлургов целые века. Начало разгадки этого секрета положено известным русским металлургом П. П. Аносовым. Сейчас выяснилось, что этими замеча­ тельными свойствами сталь в значительной мере обязана тому, что в ней имеются незначительные добавки (при­ садки) редких элементов. В шведской стали нашли вана­ дий, в японских мечах — молибден, а в дамасских клин­ ках — вольфрам.

Твердость металлического вольфрама навела на мысль, что если его добавить к стали, то и ее твердость повысится. Такую попытку Гозенфратц сделал еще в 1815 году. Опыты его повторил через 40 лет Келлер и получил сталь исключительной прочности.

В то время бурно бтроились железные дороги. Все больше требовалось рельсов для новых путей, все больше поездов по ним проходило, но рельсы из обыкновенной стали быстро снашивались и требовали замены. Начиная с 1868 года на шпалы стали ложиться рельсы, срок служ­ бы которых резко увеличился, несмотря на все возраста­ ющую нагрузку.

Сталь, из которой они были изготовлены, содержала до 5 процентов вольфрама.

150

С о с т я з а н и е р е з ц о в

Для того чтобы изготовить тот или иной инструмент, ту или иную деталь, металл подвергают обработке, преж­ де всего токарной. Еще Петр I придавал большое значе­ ние этому искусству. В своем дворце он установил токар­ ный станок, на котором сам вытачивал различные вещи.

Нетрудно точить дерево: оно мягкое, резец из любой стали легко будет снимать с него стружку. Другое дело, когда приходится обтачивать металлическую деталь. Опять-таки деталь из меди или какого-нибудь другого сравнительно мягкого металла не столь уж трудно обра­ ботать стальным резцом, но как быть, когда на обработке сама сталь? В таких случаях резцы изготовляются из стали с повышенным содержанием углерода и закалива­ ются. Такие резцы могли обрабатывать мягкие стали.

Но и здесь не все было благополучно: при снятии стружки резец разогревался, и, чем больше была ско­ рость обработки, чем толще снималась стружка, тем бы­ стрее резец «отпускался» — твердость его, полученная при закалке, пропадала. Работа металлистов была огра­ ничена резцом. При резце из самой твердой углеродистой сталіи нельзя было обрабатывать металл со скоростью большей, чем 5 метров в минуту.

Барьер этот удалось преодолеть английскому инжене­ ру Роберту Мюшету. В 1858 году он выпустил на рынок сталь, содержащую 1,85 процента углерода, 9 процентов вольфрама и 2,5 процента марганца. Она так и называ­ лась: «Специальная сталь Мюшета». Спустя 10 лет, в 1868 году, тот же Мюшет изготовил сталь, которая по­ лучила название «самокал Мюшета». Она содержала 2,15 процента углерода, 0,38 процента марганца, 5,44 про­ цента вольфрама и 0,4 процента хрома.

151

Резцы, изготовленные из такой стали, преодолели «резцовый» барьер на 2,5 метра — можно было обраба­ тывать детали на станках со скоростью не 5, а 7,5 метра в минуту.

Замечательный успех вольфрама обратил внимание всех машиностроителей. Он сразу всем понадобился, так как выводил из тупика всю токарную обработку, позво­ ляя резко повысить производительность труда в машино­ строении. Благодаря присутствию вольфрама сталь не только приобрела твердость, но, больше того, при боль­ ших скоростях резания, когда происходило разогревание, достигалась и температура, при которой сталь закалива­ лась и, стало быть, становилась еще тверже; резец зака­ ливался во время работы. При введении вольфрама сталь еще и улучшается, так как, вступая в соединение с вред­ ными примесями (сера, фосфор, мышьяк), вольфрам нейтрализует их влияния; в соединении же с углеродом он образует карбиды, которые и придают стали твердость.

Предвидя роль, которую сыграет вольфрам в промыш­ ленности после успеха мюшетовской стали, фирма Бир­ ман в Ганновере стала приготовлять ферровольфрам — сплав железа с вольфрамом. С этого момента (1866) и началось развитие крупной вольфрамовой перерабаты­ вающей промышленности Германии.

Тем временем в лабораториях велись опыты, нельзя ли еще улучшить сталь при помощи вольфрама? Мюшет уве­ личил скорость токарной обработки в 1,5 раза, но предел ли это? После выхода мюшетовской стали прошло еще почти 40 лет, и лишь тогда был сделан следующий шаг. Тейлор и Уатт выплавили первую в мире быстрорежу­ щую сталь. Изготовленные из нее резцы позволяли уве­ личить скорость резания до 18 метров в минуту. Нача­ лось великое состязание в скоростной резке металла.

152

Через 5—6 лет появилась сверхбыстрорежущая сталь, допускающая скорость резания до 30—35 метров в ми­ нуту. Все это было достигнуто благодаря вольфраму.

Звездны е сплавы

Окрыленные успехом, ученые и инженеры надеялись, что можно будет идти еще дальше, надо только увеличи­ вать содержание вольфрама в стали резца. Однако пре­ дел увеличения скорости резания все же наступил. Полу­ чилось это не потому, что с увеличением содержания вольфрама в стали перестали повышаться твердость и самозакаливаемость, а потому что не стала выдерживать сама стальная основа резца. Предел наступил не для вольфрама, а для железа.

В 1907 году в качестве материала для резцов был предложен твердый сплав, в котором железа совсем не было,— он состоял из вольфрама, хрома и кобальта. Ярко блестящая поверхность его на воздухе не тускнела, он сверкал, как звезда, и от слова этого (стелла — звез­ да) получил свое название. С тех пор все такие твердые сплавы, не содержащие железа, называют стеллитами. Первый стеллит позволил увеличить скорость резания до 45 метров в минуту. Как в наше время в воздушных по­ летах был преодолен «звуковой барьер», так и в скорост­ ной резке металла преодолели «железный барьер».

Из всех івещеспв, какие нам известны, самым твердым считается алмаз. Алмаз — это. чистый углерод с опреде­ ленной кристаллической решеткой. Алмаз можно разбить, ибо он хрупкий, но сделать на нем царапину весьма за­ труднительно, так как для этого надо располагать веще­ ством тверже алмаза. Когда сопоставляют твердость раз­ личных веществ, то сравнивают ее с твердостью алмаза,

153

которую выражают условной цифрой 10. По этой «ал­ мазной шкале твердости» изготовленные для нужд про­ мышленности твердые сплавы имеют твердость 9,5—9,8.

Алмаз — драгоценный камень не только потому, что идет на украшения и трудно добывается, но и потому, что он нужен промышленности из-за своей твердости. Инженер Ломан изобрел твердый сплав ломанит. Но удачи это ему не принесло. Голландская компания по до­ быче алмазов увидела в ломаните очень опасного конку­ рента алмаза. Не считаясь с затратами, компания прило­ жила все усилия к тому, чтобы опорочить изобретателя и его детище, подорвать доверие к новому твердому

сплаву.

Перед началом первой мировой войны известная гер­ манская фирма Круппа выпустила твердый сплав воло­ мит— литой карбид вольфрама, затем появились и дру­ гие: бориум, диамант, торан, мирамант. В 1926 году в Германии был изготовлен сплав видна, а в США — карболой.

Советские инженеры также много и плодотворно ра­ ботали над созданием твердых сплавов, ибо наша про­ мышленность не должна была быть в зависимости от иностранных фирм. Были созданы: вокар (вольфрамокарбид), рэлит (редкий элемент литой) и наконец — по­ бедит, с твердостью по алмазной шкале 9,8, не уступаю­ щий любому твердому сплаву иностранной марки. Изно­ соустойчивость штампов, изготовленных из победита, возросла в 1000 раз!

Применение твердых сплавов продолжило состязание

и наших, в большинстве случаев представляют собой ка-

154

Германия готовилась к войне. Германские инженеры раньше других оценили преимущество, которое даст воль­ фрам их военной технике. Германские фирмы стали при­ бирать к рукам вольфрамодобывающую промышленность мира. Производство металлического вольфрама было со­ средоточено в руках крупных германских фирм, таких, как Бирман в Ганновере с рыночным пунктом в Гамбурге.

Половина всего вольфрама в то время добывалась в английских колониях, но на вольфрамовом рынке влады­ чествовала Германия. В Англию вольфрам поступал от германских фирм.

Больше всего добывалось вольфрама в Бирме. В 1913 году Бирма давала 2 700 тонн этого крайне нуж­ ного металла. Соперничать с Бирмой не мог никто. До­ быча вольфрама в других государствах редко превыша­ ла 500 тонн. Только в Соединенных Штатах Америки до­ бывалось 1390 тонн, которые полностью поглощались американской промышленностью, да Португалия давала

1380 тонн.

Владычица вольфрамового рынка — Германия вместе с Австрией располагала всего лишь 150 тоннами своего непривозного вольфрама.

Вольфрамовая лихорадка

Грянула мировая война. Союзникам с горечью при­ шлось убедиться, насколько дальновиднее оказалась Гер­ мания, сосредоточившая в своих руках почти всю воль­ фрамовую промышленность. Начав войну, Германия пре­ кратила ввоз вольфрама в государства, воюющие с ней.

В Англии немедленно (хотя и запоздало) были при­ няты контрмеры. В округе Шеффильд было создано новое общество, целью которого было организовать ввоз воль­ фрамовых концентратов в Англию непосредственно из

156

Бирмы. Вывоз вольфрамовой руды или металла из Ан­ глии был запрещен; всю продукцию основных вольфра­ мовых месторождений Англия закупила на два года вперед.

Союзники отрезали Германию от вольфрамового сырья, но Германия успела запастись вольфрамом лучше, нежели они. Мало было получать вольфрам из своих ко­ лоний, надо было увеличить, ускорить его поступление: ведь бронебойные снаряды и машины, подбитые в сра­ жениях, не возвращались — с таким трудом добытый вольфрам оставался на полях войны и терялся безвоз­ вратно.

В Бирме вольфрам добывался с 1910 года, и способы добычи его там были самые примитивные. С начала вой­ ны британские власти в Бирме стали всячески содейство­ вать освоению новейших способов добычи вольфрамовой руды. Ввели гидравлическую разработку россыпей, пос­ тавили механические приспособления для отделения пус­ той породы (обогащение).

Начались лихорадочные поиски новых месторождений вольфрама, и такие месторождения были открыты. Осо­ бенно богатыми оказались месторождения Китая и Кореи.

Стиснутая союзнической блокадой, Германия не мог­ ла получать вольфрам откуда-нибудь и вынуждена была обходиться лишь теми запасами, что имелись на ее тер­ ритории. Залежи свинцово-вольфрамовых руд в Саксо­ нии и вольфрамовых руд в Зидаедорфе не были богаты­ ми и не могли дать достаточного 'количества вольфрама. Немецкие металлурги обратились к другому источнику.

Как уже говорилось, первоначально вольфрам счи­ тался вредной примесью при выплавке: он увлекал олово в шлаки, почему и был назван «волчьей пеной». Олово

157