Почему обрушиваются горящие высотные здания?
Вам, может быть, приходилось смотреть по телевизору в выпусках зарубежной кинохроники, как обрушиваются горящие высотные здания. Невольно задаешься вопросом: почему же так происходит? Ведь здания имеют стальной каркас, который в огне не горит и не расплавляется при температуре пожара. Все дело в нашей «старой знакомой» - кристаллической решетке.
Вспомните: олово меняет кристаллическую решетку и рассыпается в порошок на сильном морозе. Железо, наоборот, перестраивает свою структуру при высокой температуре и становится мягким, как тесто. В результате каркас здания рушится под собственной тяжестью. Не следует думать, что это всегда плохо.
Ведь только благодаря способности железа становиться мягким при нагревании мы можем ковать или прокатывать его, то есть превращать в необходимые нам изделия, в том числе и в каркасы зданий. Но… у всякой медали ведь две стороны, и то, что является достоинством в одном случае, оборачивается недостатком в другом.
А в наше время эти недостатки вырастают уже в проблему. Технике космического века остро необходимы материалы, длительно работающие при высоких температурах, Из таких материалов должны изготовляться головные части ракет и космических кораблей, чтобы выдержать страшный жар при прохождении плотных слоев атмосферы.
Эти материалы работают в камерах сгорания и соплах ракетных двигателей, в газовых турбинах и во многих других машинах и аппаратах, где развивается высокая температура. Только потому, что ученые нашли такие материалы, и появилась ракетная и турбинная техника. Но как же сумели эти материалы создать?
Вот тут-то и помогли тугоплавкие. Если ввести в сталь всего лишь один процент вольфрама, то температура ее плавления резко повысится. Кроме того, вольфрам, как мы уже говорили, придает стали твердость, которую она сохраняет, даже нагреваясь докрасна. Кроме вольфрама, в жаропрочных сталях используются и другие тугоплавкие металлы - молибден, хром, ванадий.
И не только тугоплавкие. Современные жаропрочные стали содержат иногда более десятка самых разнообразных легирующих добавок. А в последнее время большое распространение получили жаропрочные стали, в которых… вообще нет железа. Это большая победа ученых.
Мало было найти компоненты для этих сплавов, определить их процентное содержание и технологию изготовления. Наибольшая трудность состояла, пожалуй, в том, чтобы найти совершенно новый принцип «конструирования» материалов: использовать редкие металлы не как добавочные, а как основные компоненты.
Так появились сплавы, определяющие сейчас развитие многих отраслей промышленности. Например, сплав вольфрама с металлами танталом и гафнием. Он сохраняет высокую прочность при температурах до 2000 градусов и не делается хрупким даже при охлаждении до абсолютного нуля. В то же время он хорошо обрабатывается и сваривается.
Известно, например, что в зарубежных странах из подобных сплавов делают камеры сгорания и обшивку ракет. Но не только в воздухе употребляются такие материалы. Из сплавов вольфрама с хромом и кобальтом делают сверхбыстрорежущие резцы. Они во много раз повышают производительность металлообрабатывающих станков, позволяя работать с невиданными скоростями, улучшают чистоту поверхности обрабатываемых деталей.
Сплавы, полученные на основе карбидов вольфрама (знаменитый «победит» и другие), по своей твердости соперничают с алмазом и во многих случаях заменяют этот дорогой и хрупкий минерал. Например, при бурении нефтяных скважин все шире пользуются коронками из этих сплавов.
Сплав вольфрама, никеля и меди оказался необыкновенно стойким к проникающим излучениям. Он лучше свинца защищает от радиации, поэтому из него изготовляют контейнеры, в которых хранят сильно радиоактивные вещества. Вольфрам открыл широкую дорогу в технику и другим металлам, считавшимся ранее редкими и бесполезными.
Мы их уже перечисляли, а теперь коротко расскажем об их свойствах. Если поверхность обычных подшипников покрыть индием, они служат в пять раз дольше. Вот какую прочность придает этот металл трущимся частям! Но не только этим он знаменит. Зеркала из индия непревзойденны. Они отражают свет гораздо лучше, чем серебряные, совершенно не искажают цвета и, что особенно важно, не тускнеют со временем. Ясно, как ценны эти зеркала для точных астрономических приборов.
Валентинов А. Металла огненный поток. Из главы "Распространённые редкие..."
Рисунки В. Белова. М.: Детская литература, 1978