Григорий Николаев - Металл Века
Собственно говоря, металлургия с давних пор тесно связана с военным делом. Сначала из металлов изготовляли холодное оружие, затем — огнестрельное. Постепенно совершенствовались методы получения металлов, создания сплавов с особыми свойствами. Так родились известные булат и дамасская сталь, из которых делали непревзойденные мечи и клинки.
Потребность в ружьях, пушках, ядрах, снарядах вызывала необходимость увеличения выпуска стали и чугуна, создания металлов и сплавов с особыми свойствами, так как качество материала, из которого изготовлено оружие, нередко определяло исход военных действий. На протяжении всей истории нового и новейшего времени происходит прекращающееся соревнование брони и бронебойных снарядов, дальности действия орудий и их мощи в количественном и качественном отношениях.
Однако справедливость требует того, чтобы признать: военное дело прежде всего стимулировало совершенствование уже имевшихся металлов, полученных человечеством в результате поступательного развития общества. Что же касается титана, то можно вполне уверенно сказать: не будь потребности в подобном материале в военном самолетостроении, титан до сих пор не был бы нам знаком.
С момента своего возникновения производство металлического титана имело исключительно военную направленность, было вызвано к жизни нуждами военной техники, ими поддерживалось. В США этот металл неспроста образно назвали ”уаг- ЬаЬу” — ”дитя войны”.
По темпам роста производства титан не имеет себе равных среди других промышленных металлов.
Первые несколько килограммов металлического титана были использованы в военных американских самолетах в 1950 году — спустя пять лет после того, как американская военщина впервые применила атомное оружие для уничтожения двух японских городов. Этот зловещий отсвет лежит на становлении и развитии титановой промышленности США в бесславное время военной авантюры в Корее, в период "холодной войны”, политики ”с позиции силы”. Начатое под давлением американских военных производство титана имело сугубо военную направленность и все новшества в этой области первое время охранялись почти с такой же строгостью, как и сведения об атомной бомбе.
Одновременно со стратегическими запасами ядерных бомб интенсивно наращивались мощности по производству металлического титана.Первый титановый завод был пущен в 1951 году в городе Гендерсоне (штат Невада). Один за другим вводились в действие титановые предприятия в штатах Делавер, Мичиган, Теннесси, Огайо. Строительство заводов происходило при непосредственной помощи государства. Правительство США в начале 50-х годов заключило с некоторыми фирмами контракты, предоставив им целый ряд льгот, и обязалось скупать продукцию, которая не будет находить сбыта по заранее оговоренным ценам.
В течение десяти лет в развитие титановой промышленности правительство США вложило около 200 миллионов долларов и неменьшую сумму составили вложения частных фирм. Темпы роста производства нового конструкционного материала в эти годы были почти в четыре раза выше, чем темпы роста выпуска алюминия в первые годы возникновения алюминиевой промышленности. Если в 1949—1950 годах производство титана исчислялось десятками тонн, то в дальнейшем оно составляло сотни и тысячи тонн. В 1957 году выпуск этого металла в США превысил 15000 тонн.
Несмотря на стремительный рост производства, в первые годы ощущалась острая нехватка титанового проката. Американское правительство приняло специальное постановление, запрещавшее фирмам-производителям продавать титановый прокат невоенным предприятиям.
Интерес к титану как к перспективному конструкционному материалу появился в конце второй мировой войны в связи с возникновением реактивной авиации и основным потребителем металла в первое время были военно-воздушные силы. На долю военного самолетостроения в 50-е годы приходилось 95 процентов всего применяемого в США металла.
Титановый бум продолжался до 1957 года. Но уже в следующем году количество произведенного металла уменьшилось вчетверо, а еще через год сократилось до 3,5 тысячи тонн. Резкое падение производства титана было вызвано уменьшением выпуска пилотируемых машин и перенесением центра тяжести на изготовление самолетов-снарядов. В связи с этим значительно сократился выпуск тяжелых бомбардировщиков В-52, для производства которых в основном и применяли новый металл.
Титан не находил спроса, а о том, чтобы использовать его в мирных отраслях промышленности, в те времена даже речи не возникало.
Но вскоре после описанных событий в связи с гонкой ракетно-ядерного вооружения, созданием сверхзвуковых самолетов, исследованием космического пространства уровень производства титана в США начал возрастать. Он пережил и переживает 50 еще немало взлетов и падений, ибо полностью зависит от требований военной промышленности США.
Разительный контраст в этом смысле представляет собой развитие советской титановой индустрии. Она не знала спадов, потому что была ориентирована не только на нужды обороны, но и на потребности всего народного хозяйства. Почти одновременно с обеспечением специальных отраслей титан в нашей стране стал поступать на химические и металлургические заводы, в цехи, лаборатории, повышая надежность техники и производительность труда, улучшая условия работы.
И не случайно в мире нет стран, равных СССР по степени использования титана в невоенных областях — как в абсолютных цифрах, так и по масштабам насыщенности титаном той или иной отрасли народного хозяйства. Выдающийся вклад нашей страны в освоение титана как материала мирного отмечали сами американские специалисты.
АЛЮМИНИЙ . . . ТЯЖЕЛЕЕ?
Нет, алюминий не тяжелее титана. Напротив — в полтора раза легче. Но почему же в таком случае титановые детали используют вместо алюминиевых для облегчения самолета? Когда обычную сталь заменяют "легкой сталью", это понятно, и никаких особенных разъяснений не требуется. Но алюминий ... Если уж облегчать конструкцию, то, казалось бы, алюминий следует заменять более легким металлом. Но все объясняется иной причиной — высокой удельной прочностью титановых сплавов.
Каждый узел, каждая деталь самолета должны с гарантией выдерживать определенную нагрузку, быть достаточно прочными для этого. Есть поговорка: "Где тонко, там и рвется", то есть, говоря иначе, заданная прочность обеспечивается определенной массой материала. Титан несколько тяжелее алюминия, но он и гораздо прочнее его, и для тех же деталей самолета титана требуется меньше, чем алюминия, стало быть, конструкция становится легче.
Благодаря использованию титана взамен алюминия массу самолета удается уменьшить на 20—25 процентов. А это чрезвычайно важно. Облегчить самолет — значит повысить его скорость, потолок и радиус действия, увеличить маневренность и грузоподъемность. Поэтому авиация заинтересована в использовании титана при изготовлении реактивных двигателей, кожухов камер сгорания, капотов, роторов турбин, деталей планера, колес — везде, где только возможно, вплоть до таких несложных изделий, как гайки и болты.
Подсчитано, что если при утяжелении конструкции масса самолета повышается всего на одну десятую, то чтобы сохранить неизменными все его прежние летные характеристики, необходимо настолько увеличить мощность двигателя, запас горючего, площадь крыла и т.п., что полетная масса самолета возрастает вдвое.
Каждый сэкономленный килограмм массы двигателя позволяет сберечь за счет облегчения фюзеляжа до десяти килограммов в общей массе самолета. Отсюда становится еще более понятным, как много значит каждый дополнительный килограмм массы, на который удается облегчить самолет благодаря применению титановых сплавов. В результате замены стали и алюминия титаном масса самолета снижается на сотни килограммов, а нередко и тонны. Крыло сверхзвукового военного самолета, целиком изготовленное из стали, имеет массу более двух тонн, титановое же крыло — чуть больше 1800 килограммов. В этом случае экономится 200—250 килограммов массы.
В самолетах применяется большое количество болтов, гаек, винтов, заклепок и других крепежных деталей, которые должны быть очень прочными и надежными. Казалось бы, что эти изделия незначительно утяжеляют конструкцию, так как масса каждого из них исчисляется граммами. Но если учесть, что число крепежных деталей в истребителе достигает 20 тысяч, а в транспортном реактивном самолете — почти 50 тысяч, то суммарная их масса составляет солидную цифру — около 100 килограммов в истребителе и 300 килограммов в транспортном самолете. Замена стали титаном уменьшает массу крепежных деталей на одну треть. Чем крупнее самолет, тем ощутимее замена. В гигантском военно-транспортном самолете США ”Локхид С-5А” благодаря использованию титановых заклепок взамен алюминиевых сэкономлено 3,5 тонны массы.
