Статист становится премьером

Около шести часов утра 15 сентября 1916 года на Западном фронте первой мировой войны в районе Альбер-Перрон на реке Сомме послышался нарастающий рев моторов и металлический скрежет. Из предрассветной пелены тумана на позиции немецких войск неотвратимо надвигались, тяжело покачиваясь из стороны в сторону, огромные механические чудовища. Безо всяких усилий рвали они заграждения из колючей проволоки и, не обращая никакого внимания на встречный огонь, давили своей многотонной тяжестью пулеметные гнезда и блиндажи. За несколько часов фронт на этом участке был прорван, я английские войска устремились вперед. Так шестьдесят с лишним лет назад появилось новое грозное оружие - танки.

Бронированные крепости сеяли ужас и панику в рядах противника. Да и было от чего ужасаться: перед металлической грудью танков пасовала не только пулеметная очередь, но и бьющий с прямой наводки пушечный снаряд.

И вдруг ситуация резко переменилась. Толстая, в 76 миллиметров танковая броня перестала служить надежной защитой экипажу. Снаряды нового образца прошивали ее, словно деревянную доску. Секрет заключался в том, что немецкие инженеры научились изготавливать для снарядов бронебойную головку из вольфрамовой стали.

Разгадав причину неудачи, англичане немедленно приступили к производству особой, так называемой легированной стали. В состав ее был включен ряд новых элементов: молибден, ванадий и... вольфрам. Вольфрам выступил против вольфрама. В соревновании снаряда и брони в то время победила броня. И несмотря на то что толщина броневых плит из новой стали уменьшилась втрое, пробить их снаряды уже не могли.

Достоинства вольфрама вот уже около ста лет привлекают пристальное внимание специалистов военного дела. Еще в 1882 году предпринимались попытки облагородить добавками вольфрама ружейную и орудийную сталь.

В 1896 году профессор Петербургского горного института В. И. Липин, выплавив первую партию вольфрамовой стали, обратил внимание на то, как она прекрасно сопротивляется разъедающему воздействию пороховых газов в канале орудийного ствола.

Можно привести еще немало разительных примеров, характеризующих выдающуюся роль 74-го элемента таблицы Менделеева. Без вольфрама немыслимо сегодня развитие машиностроения и приборостроения, электропромышленности и радиоэлектроники, металлургии, химии и медицины.

Так что же это за металл такой - вольфрам? И почему именно он, а не какой-то другой стал сегодня в большинстве случаев поистине незаменимым?

Честь открытия вольфрама принадлежит члену Стокгольмской академии наук выдающемуся ученому Карлу-Вильгельму Шееле. К тому времени, когда это случилось, он уже обессмертил свое имя, "подарив" человечеству такие важнейшие элементы, как азот, кислород, марганец и хлор, ряд широко известных ныне химических соединений.

В 1781 году, незадолго до своего сорокалетия, уже всемирно знаменитый химик впервые в истории выделил соль неизвестной кислоты. Он назвал ее "тунгстен", что означает "тяжелый камень". Но благодарное человечество дало кристаллам желто-бурого цвета другое имя, связанное с их первооткрывателем - шеелит. Через два года испанские химики братья д'Элуяр сумели выделить из этих кристаллов новый элемент - металл серебристо-белого цвета, названный ими вольфрамом.

А теперь немного о необычном имени новорожденного. С немецкого языка на русский "вольфрам" переводится несколько странным словосочетанием: "волчья пена". Дело в том, что еще в старину у металлургов, занятых извлечением рудного олова, случались неудачные плавки. При этом добытчики олова неизменно встречали увесистые куски таинственной породы бурого или желтовато-серого цвета. Камни эти словно пожирали металл.

Воображение подсказывало горе-металлургам привычное сравнение: ненасытный волк пожирает невинных овечек. Так и пристало к незнакомцу хищное прозвище. Откуда было знать средневековым ремесленникам, что у камня-"паразита" великое будущее?

Первые шаги вольфрама в трудовую жизнь были сделаны спустя почти сто лет после его открытия. Лишь в 1864 году англичанин Роберт Мюшет попробовал добавить в обычную сталь 5 процентов вольфрама и в результате получил сплав, отличающийся поразительным свойством. Нагретый до температуры красного каления, металлический резец, вопреки ожиданию, почти не утратил первоначальной прочности.

Резцы из стали, полученной Мюшетом, позволили увеличить скорость резания металлов сразу в полтора раза: с 5 до 7,5 метров в минуту. Появившиеся затем резцы из стали с большей добавкой вольфрама обрабатывали металл со скоростью 18, а затем и 35 метров в минуту. На первый план в металлорезании вышел новый премьер, казалось бы, безнадежно засидевшийся в статистах, По мере того как раскрывались его незаурядные качества, он завоевывал все более почетное положение в металлургии.

Отличительной особенностью чистого вольфрама служит его весьма солидная плотность - он в 2,5 раза тяжелее стали, в 1,7 раза тяжелее свинца.

Вольфрамовый кубик с длиной ребра 1 сантиметр весит 19,3 грамма - в восемь раз больше стеклянного. Вольфрам - один из самых твердых металлов, совсем немного уступающий таким чемпионам твердости, как алмаз и корунд. И при этих-то столь неординарных механических свойствах вольфрам обладает удивительной пластичностью: 200-граммовую полоску металла можно вытянуть в тончайшую проволоку длиной в... 80 километров!

Наконец, вольфрам держит первенство по тугоплавкости среди всех известных нам металлов. Он начинает плавиться при 3387 градусах. А чтобы заставить расплав: ленный вольфрам кипеть, необходимо нагреть его почти до температуры поверхности Солнца, т. е. до 6000 градусов.

Постепенно люди убеждались: вольфрам - поистине чудесный дар природы. Необыкновенные свойства серебристого кудесника определили его завидную судьбу. Трудно себе представить все его многообразные амплуа. Скажем, вольфрамовая проволока может быть не только невообразимо тонкой, но и вдвое прочнее самой лучшей стальной, выдерживая усилия до 400 килограммов на квадратный миллиметр. Такая проволока прекрасно справляется с механической обработкой чрезвычайно капризных материалов, отличающихся повышенной хрупкостью. Для этого вольфрамовую нить приводят в колебательное движение при помощи преобразователя от ультразвукового генератора. Нить начинает медленно, но неотвратимо погружаться в обрабатываемое тело. При этом такие "неукротимые" материалы, как стекло, керамика, ситаллы и даже кристаллический кварц, режутся словно масло. К тому же вольфрам остается достаточно прочным при довольно значительном нагреве. При 800 градусах, например, прочность металла снижается всего в 3 раза, тогда как прочность стали в 20 раз.

В современной технике постоянно приходится сталкиваться с высокими температурами. Например, в доменной печи, где из железной руды получают чугун, температура доходит до 1800 градусов. Нить накаливания в обыкновенной электрической лампочке нагревается до 2500 градусов. Чем выше температура нити, тем больше электрической энергии переходит в свет. При 4000 градусов, например, можно было бы превратить в свет до 30-40% электроэнергии.

Но из чего изготовить материал, способный выдержать, не расплавляясь, такой нагрев?

При комнатной температуре теплопроводность вольфрама примерно такая же, как и у стали. Сталь кипит и активно испаряется при 1727 градусах. А вольфрам? Он почти не изменяет первоначальной характеристики. Также удивительно постоянен он и в своем объеме, почти не поддаваясь влиянию высоких температур. Не потому ли ему уготованы самые "теплые местечки" в современной технике? Электронагревательные элементы мощных печей, плавильные тигли, выхлопные сопла реактивных двигателей - вот далеко не полный перечень объектов его трудоустройства.

Всего полстолетия отделяет нас от рождения первых советских металлокерамических твердых сплавов. Их получают путем спекания смеси карбидов вольфрама, титана, ниобия, тантала и других тугоплавких элементов. Сегодня твердые сплавы, в частности полученные на основе вольфрама, все более широко применяются в самых разнообразных областях народного хозяйства. Кузнечный штамп, изготовленный из лучшей легированной стали, выдерживает не более десяти тысяч ударов, а из твердосплавных материалов - несколько сотен тысяч, а иногда и более миллиона. Некоторые узлы прокатных станов, испытывающие колоссальные перегрузки, также стали изготовлять из твердых сплавов. Отдельные детали в очень сложной по конструкции бумагоделательной машине или в огромной плавучей драге, промывающей золотые пески, на вид почти неотличимы от обычных, полученных из поковки. А на самом деле и они созданы из твердых сплавов. Новые материалы нашли себе применение и на кабельных заводах, повышая в 16-20 раз срок службы самых ответственных узлов волочильных станов, тогда как для углеродистой стали норма не превышает 50-60 килограммов. В горной промышленности для твердосплавных буров и долот теперь уже не преграда самые крепкие породы, вроде гранитов и гнейсов. В металлообрабатывающей промышленности вольфрамовые стали и сплавы позволили увеличить скорость резания до фантастической цифры, равной 2000 оборотов в минуту. Однако и это уже не предел - изготовленные из вольфрамовых сплавов сверхтвердые резцы позволяют обрабатывать металл еще быстрее.

Необычайная термостойкость вольфрама была подмечена довольно давно. Еще в прошлом веке ткани иногда пропитывали натриевой солью вольфрамовой кислоты. Из такой материи, не горевшей в пламени костра, шили первые комплекты спецодежды для пожарников.

Вольфрам издавна использовали для приготовления особо стойких красок. В отечественных музеях бережно хранятся фарфоровые и керамические изделия, разрисованные красками, содержащими примеси вольфрама. Такие изделия сотни лет не теряют первозданной красоты. Существует, например, фарфоровый сервиз китайского производства, появившийся на свет в XVII веке. Необыкновенно изящная роспись сохранила изначальную свежесть и напоминает по своему колеру своеобразный "цвет персика", характерный для красок, содержащих вольфрам. Выходит, у Шееле были предшественники, прекрасно осведомленные насчет свойств чудесного металла! В наше время на вооружении художников богатая палитра красок, приготовленных с участием вольфрама.

В химической промышленности вольфрам находит применение как катализатор различных реакций. Ученые Института горючих ископаемых, например, используют его для ускорения процессов гидрогенизации твердого топлива. Иными словами, серебристый кудесник оказался очень хорошим помощником в чрезвычайно сложных процессах по превращению каменного угля в отличную нефть.