КРЫЛАТЫЙ МЕТАЛЛ

«ОДИН В ПОЛЕ НЕ ВОИН»

Ы познакомились с тем, как получают чистый, рафи­нированный алюминий. Но рафинирование — это лишь один из этапов обработки, которую проходит крылатый металл, прежде чем воплотиться в разно­образные конструкции. Расскажем о его дальнейшей судьбе.

В высоком светлом зале поблескивают отполированные рычаги испытательных машин. Слышен мягкий шум рабо­тающих электромоторов. Люди в белых халатах внима­тельно наблюдают за приборами, записывают их показа­ния. Время от времени то в одной, то в другой машине раздаётся сильный треск.

В этом зале занимаются тем, что разрушают образцы металла и детали новых машин. Но зачем это нужно?

Дело в том, что любая машина должна работать на­дёжно, а залог этой надёжности — высокая прочность её деталей. Вот почему прежде чем поставить детали в ма­шину, испытатели определяют ту нагрузку, которую ма­териал выдерживает до момента разрушения.

О качестве металлов судят главным образом по их прочности и пластичности.

Прочность металла определяется испытанием спе­циального образца — палочки с утолщёнными концами. Эти концы укрепляются в зажимах машины, растягиваю­щей образец до тех пор, пока он не разорвётся. Точные приборы — динамометры —отмечают нагрузку, которую металл выдерживает, прежде чем разрушится.

В машину по очереди закладывают два одинаковых по размерам образца. Первый сделан из средней по проч­ности стали, второй — из чистого алюминия. Поперечные сечения обеих палочек равны — один квадратный милли­метр. Первой испытывается сталь.

Растёт нагрузка, заставляя перемещаться стрелку ди­намометра... 40, 50, 60, 70,... Когда стрелка показывает 80 килограммов, сталь разрывается.

Ну, а алюминий? Какова его прочность?

Испытание повторяется. Динамометр показывает всего 8 килограммов, когда происходит обрыв алюминиевого об­разца. Его прочность оказывается в 10—12 раз ниже проч­ности стали.

Но не случайно у нас в заголовке стоит известная по­словица «один в поле не воин». Если сравнить прочность чистого алюминия и чистого железа,, то разница уже не будет столь велика. Железо прочнее алюминия всего лишь в 2—2,5 раза. Высокие свойства стали порождены её со­юзниками: хромом, никелем, марганцем, кремнием, углеро­дом. Соединяясь с железом, они упрочняют его. Такие же союзники есть и у алюминия. Только в соединении с ними, он применяется в конструкциях самолётов и других ма­шин. Подобно стали, сплавы алюминия с медью, магнием, кремнием, цинком обладают гораздо большей прочностью, чем чистый алюминий.

А повышать в 8—10 раз прочность крылатого металла можно только при одном условии — если он рафинирован, если он содержит примеси не более, чем несколько сотых процента. При иных условиях получить прочные сплавы невозможно.

Итак, в союзе с другими металлами герой нашей книги приобретает новые качества. Предел прочности образца из лучшего алюминиевого сплава с поперечным сечением в один квадратный миллиметр составляет уже 60 килограм­мов. Но... предел прочности такого же образца из стали может достигать 200 килограммов.

Не торопитесь, однако, делать из этого выводы. Сталь с таким рекордным значением крепости ни в одной маши­не практически не употребляется, так как одной высокой прочности хорошему сплаву ещё недостаточно. Во многих случаях требуется ещё и пластичность — способность ма­териала при действии значительных нагрузок не разру­шаться, а лишь несколько изменять свою форму (напри­мер, удлиняться при растяжении). Растягиваясь, сжи­маясь, изгибаясь, закручиваясь, деталь как бы подаёт сигнал о том, что момент разрушения близок. А хрупкий материал при перегрузках разрушается внезапно, и это часто бывает гибельным для всей машины. Вот почему сплавы, обладающие, кроме прочности, ещё и пластич­ностью, более ценны, чем сплавы очень прочные, но хрупкие. Практически используют сталь с пределом проч­ности не 200, а 100—120 килограммов на один квад­ратный миллиметр. В этом случае и пластичность её оказывается достаточной. Однако, обладая большей, чем у алюминиевых сплавов, прочностью, сталь тя­желее их. Если же отнести прочность к единице веса (такое понятие широко распространено в технике под на­званием удельная прочность), то окажется, что удельная прочность алюминиевых сплавов в 1,3 раза выше, чем у стали.

Около 30 лет назад две группы советских конструкто­ров, одна руководимая А. Н. Туполевым, другая —

А. И. Путиловым, занимались проектированием цельно­металлических самолётов. Машины Туполева были по­строены из алюминиевого сплава, изготовленного на Коль- чугинском заводе и получившего поэтому название коль­чугалюминия. Путилов отдал предпочтение нержавеющей стали. Оба конструктора успешно решили стоявшие перед ними задачи. Стальные самолёты были не тяжелее алюминиевых, а алюминиевые имели прочность не мень­шую, чем стальные. Но и алюминий и сталь имели недостатки. Алюминий не умели в то время защищать от разрушительного действия кислорода воздуха, а сталь была в несколько раз дороже алюминия. И вот, когда через несколько лет были созданы сплавы алюминия, не боящиеся атак кислорода, крылатый металл победил сталь, он уверенно занял ведущее место в авиации.

В этом соревновании совершенствовались не только алюминиевые сплавы, но и сталь. При выплавке многих лучших её марок теперь добавляют алюминий. Добавка невелика — не более 1 %,— но она очищает сталь от вред­ных окислов, делает её ещё более прочной, твёрдой и активно сопротивляющейся износу. Например, для цилин­дров авиационного мотора, в которых с огромными скоро­стями движутся поршни, твёрдость внутренней поверхно­сти имеет очень большое значение. Инженеры добавили в сталь, из которой изготовляются цилиндры, алюминий, и её способность сопротивляться износу благодаря добавке крылатого металла резко повысилась.