Мы 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.