Страница:
в его сторону. Профессор представил ее как доктора Рету, специалиста по
металлургии высоких давлений. И в этой лаборатории Ганс-1 Герман мало что
понимал, хотя и был студентом-металлургом.
Доктор Рета, темноволосая, строго причесанная, в темных очках,
производила неприветливое впечатление.] Ее возраст невозможно было
определить. Где-то околс сорока, решил Ганс-Герман, скорее даже больше
сорока. Тем не менее голос у нее был приятный. Неожиданно! Ганс-Герман
заметил, что если люди удалялись на расстояние более метра друг от друга, то
они оказывались в полной тишине. Звуки исчезали, голоса пропадали. Чтобы
убедиться в этом, студент несколько раз отходил от говоривших и снова
приближался к ним. Очевидно, этот эффект достигался благодаря очень точному
применению законов акустики. Во всяком случаеотрицательной или нежелательной
звуковой нагрузки человек не испытывал, несмотря на то, что людей в
помещении было, как мы уже говорили, достаточно много. ГанстГерман
внимательно слушал доктора Рету, которая говорила о том,^го при современном
уровне науки.о железе и стали давление как один из факторов, влияющих на
состояние металла, приобрело очень большое значение и возможности его
использования еще не изучены до конца.
"Примерно сто лет назад было принято изменять состояние материала
только путем изменения температуры. Сейчас высокие давления широко
используются для изменения физического состояния металлов, для получения
материалов на основе железа, которые по своим свойствам превосходят любую из
сталей".
Доктор Рета внушала доверие, поэтому очень скоро возникла простота в
общении, и Ганс-Герман, не смущаясь, спросил, давно ли начали заниматься
металлургией высоких давлений и может ли доктор Рета привести примеры,
подтверждающие преимущества этого процесса перед традиционными. Доктор Рета
охотно согласилась.
-- Начну с простого примера. Вода закипает при 100 градусах Цельсия, но
только при нормальном атмосферном давлении. Уже многим поколениям школьников
из физики известно, что при пониженном атмосферном давлении вода закипает,
не достигая 100 градусов. Так, в горах ее кипение начинается при тем более
низкой температуре, чем выше эти горы над уровнем моря, то есть чем меньше
атмосферное давление. А что такое кипение воды? Это не что иное, как переход
ее из жидкого состояния в газообразное. Иными словами, изменение состояния
вещества прямо зависит от давления. В такой же зависимости от давления
находится и переход из твердого состояния в жидкое. При нормальном давлений
железо плавится при 1539 градусах Цельсия, но эта температура растет при
увеличении давления. Зависимость сохраняется только при сверхвысоких
давлениях; Обработка расплавов железа в реакторах высокого давления с целью
легирования его другими элементами потребовала увеличения температуры
плавления до нескольких тысяч градусов Цельсия. И что самое неожиданное, в
некоторых случаях температура плавления обработанных
таким образом сталей впоследствии почти не снижалась и при нормальном
давлении. Профессор Клейн добавил:
-- Фрау доктор Рета своими исследованиями внесла основной вклад в
решение этой проблемы.
Женщина слегка смутилась: столь высокая оценка руководителя института
была для нее неожиданной. Профессор дружески улыбнулся своей сотруднице и
продолжил:
-- Ведь должен же я когда-нибудь это сказать, более что нашему молодому
гостю интересно знать, с каких пор металлургия высоких давлений вошла в нашу
жизнь. Началось с того, что люди осуществили свои давнюю мечту, начав
производство искусственных алмазов. Мягкий графит и самый твердый на земле
материал -- алмаз имеют один и тот же химический состав. Это углерод,
различно лишь его фазовое состояние. Когда это было установлено, ученые
приступили к поиску путей получения алмазов синтетическим путем. Среди
ученых встречались и шарлатаны, напоминавшие алхимиков средневековья, но в
конце концов положительный результат был достигнут. При сверхвысоких
давлениях вначале удавалось получать лишь алмазную крошку, и тем не менее
это был громадный успех. Вскоре научились получать более крупные частицы
алмаза. Их использовали для обработки сверхтвердых материалов. Сегодня уже
не является проблемой получение искусственных алмазов, в несколько раз
превосходящих по размеру наиболее знаменитые природные. Во время обеденного
перерыва Вы сможете в нашем реакторе сверхвысоких давлений синтезировать
себе на память Кохинур.
Ганс-Герман не знал, что и думать. По-видимому, это шутка. Но было бы,
конечно, неплохо в кругу друзей невзначай достать из кармана алмаз величиной
в несколько сот карат. Они, понятно, не поверят, что он настоящий, и тем
более, что его сделал сам Ганс-Герман. Но тем больше будет эффект, когда
после проверки все убедятся в этом. Студент поблагодарил профессора и
сказал, что охотно воспользуется его предложением. Тот продолжил:
-- Синтез алмазов оказал благотворное влияние на технику высоких
давлений. Конструировались и строились все более мощные промышленные
установки по созданию высоких давлений. Во многих научных центрах появились
институты, лаборатории и опытные заводы,в которых занимались проблемами
высоких и сверхвысоких давлений. Технику высоких давлений в металлургию
начали внедрять довольно давно. В 1956 году при очень высоких давлениях
(примерно 130 килопаскалей) была получена новая модификация железа. Как
показали рентгенографические исследования, атомы в решетке кристалла имели
гексагональное расположение. Это немагнитное железо назвали эпсилон-железом.
Позднее для железа была создана полная диаграмма температура--давление.
С ее помощью были разработаны современные технологические процессы обработки
этого металла с использованием высоких и сверхвысоких давлений. Особую
известность получили такие процессы, как деформация и сварка взрывом. Для
нас прежде всего важно то, что на температуру и давление, изменяющие
состояние вещества, можно воздействовать легированием. Мы можем
рассматривать концентрацию легирующих элементов как один из параметров,
меняющих состояние вещества.
Профессор умолк, и, хотя Ганс-Герман многого не понял, ему стало ясно
одно -- металлургия высоких давлений открыла путь к получению новых
материалов на основе железа. Следующий вопрос, который задал студент,
касался качества новых сталей, ибо столь трудо- и энергоемкая обработка
имеет смысл лишь в том случае, если вновь создаваемые сплавы много лучше
прежних. -- Вы правы. Пойдемте со мной. С этими словами профессор, а с ним
фрау доктор Рета и Ганс-Герман направились к одному из мониторов. Профессор
сказал что-то в микрофон, и тотчас же на экране появилось изображение. Это
была диаграмма с кривой, которая непрерывно поднималась вверх. Профессор
объяснил: "Это обычная кривая напряжение--удлинение, необычны лишь значения
напряжений. У так называемых высокопрочных сталей вашего времени
максимальное значение временного сопротивления составляло несколько
килоньютонов, а у обычных сталей было намного меньше. Так, рядовая
строительная сталь для мостов имела временное сопротивление 500 паскалей. Мы
же применяем материалы, прочность которых по крайней мере в сто раз выше.
Перед Вами сталь, обработанная в условиях сверхвысоких давлений. Она
отличается исключительно высокой плотностью упаковки атомов, ее временное
сопротивление составляет..., -- профессор не закончил фразу, напряженно
вглядываясь в экран. -- Это же невероятно! Пожалуйста, опустите значения,
фрау доктор".
"Двенадцать, двенадцать с половиной, тринадцать, четырнадцать тысяч..."
Ганс-Герман не мог понять, что так взволновало профессора, а теперь и фрау
доктора Рету. Оба о нем явно забыли. Кривая достигла цифры девятнадцать
тысяч и продолжала расти. Между тем и другие сотрудники заметили необычность
происходящего. Они молча в недоумении смотрели на экран монитора. Несмотря
на идеальную звукоизоляцию, Гансу-Герману показалось, что он слышит
нарастающий гул голосов. Теперь он уже ничего не видел и не слышал голоса
доктора Рету, которая довела счет до двадцати пяти тысяч. Неожиданно
Ганс-Герман увидел рядом профессора:
-- Я обещал Вам показать, какие необычные свойства приобретают стали,
обработанные при сверхвысоких давлениях. Вы видите перед собой пример. Уже
теперь нагрузка очень высока; если обратиться к понятиям Вашеаго времени, то
она равна той, которую испытывает проволочная нить сечением в один
квадратный миллиметр, на которой подвешен электровоз скорого поезда. Из
такой стали можно сооружать километровые башни с платформами, стартовыми
площадками и посадочными полосами для космических кораблей и многое другое.
Доктор Рета продолжала считать, она назвала уже цифру тридцать, когда
снова усилился шум голосов. Вскоре Ганс-Герман стал различать отдельные
слова и отрывки фраз: "Невероятно... такого не может быть... случайность...
великолепно... сказочно..."
Шум вдруг стал равномерно монотонным, напоминая шум нескончаемого
осеннего дождя. Студент почувствовал довольно грубый толчок, и когда с
возмущением хотел обернуться, обнаружил, что сидит в аудитории и что
никакого дождя нет, а есть студенты, аплодировавшие лектору.
На кафедре стоял профессор Клейн, а его великолепная окладистая борода
неопровержимо свидетельствовала о том, что это Железный Густав. Внешне он
мало походил на своего правнука, но голос... голос ничем не отличался.
-- Я рассказал Вам о некоторых перспективах развития металлургии и
металловедения железа и его сплавов. Уверен, что действительность окажется
намного грандиознее, чем мы это себе' представляем. Несмотря на то что
человек уже в течение тысячелетий применяет железо и его сплавы и получение
его больше не составляет тайны, исходить следует из того, что возможности
этого материала далеко еще не исчерпаны. В промышленности используется более
десяти тысяч сплавов на основе железа.
Диапазон их свойств необычайно велик: от мягкого как свинец чистого
железа до твердой как алмаз инструментальной стали, от динамного и
трансформаторного листа с особыми магнитными свойствами до немагнитных
сплавов железа, от износостойких специальных сталей до коррозионностойких и
нержавеющих. Легированием и термической обработкой с использованием давления
и излучения удается получать железные материалы с невероятными свойствами. И
мы отнюдь не в конце, а лишь в начале грандиозного пути развития металлургии
железа. Наука неустанно занята получением новых данных, способствующих
совершенствованию и созданию новых способов получения и обработки материалов
на основе железа. Ваша задача усвоить сегодняшний уровень знаний, чтобы
завтра вместе со сталеплавильщиками, литейщиками, прокатчиками, кузнецами,
технологами, занятыми механической и термической обработкой, способствовать
техническому прогрессу в металлургии.
История железа началась в пору, когда человечество находилось еще в
первобытном,состоянии. Значение металла в последующие общественные формации
непрерыв-, но возрастало, а во время промышленной революции чугун и сталь
превратились в важнейшие материалы. Ив наше время показатели производства
чугуна и стали наряду с показателями производства энергетического сырья и
энергии служат основной характеристикой технического уровня промышленно
развитых стран.
Наряду с количеством огромную роль в техническом прогрессе играет и
создание сталей и сплавов со специальными свойствами, которые непрерывно
улучшаются. Это парадоксально, но старое, как наша цивилизация, железо
является вечно молодым материалом, полным неожиданных возможностей.
Таковы были заключительные слова профессора Клейна. Студенты снова
зааплодировали, выражая восхищение, удивление, одобрение и любовь к
профессору. Из передних рядов аудитории вышли двое -- женщина и мужчина.
Ганс-Герман протирал глаза. Мужчина был похож на доктора Кнохенбрехера из
Лаборатории коррозионных исследований, а женщина -- на доктора Рету.
Что же с ним сегодня происходит? Сновидения наяву! Поток студентов
вынес Ганса-Германа из аудитории. Ря| дом с ним оказалась Дениза, их руки
встретились, и вместе они вышли в вестибюль института, а затем и на улицу.
МОЗАИКА
"Века" истории в древних мифах
Греческий поэт Гесиод (около 700 г. до н.э.) писал, что в незапамятные
времена земля сама давала пропитание роду человеческому. Люди жили без
трудов и печалей, всю свою долгую земную жизнь были молоды, а после смерти
становились добрыми небожителями. На смену этому "золотому веку" пришел
другой, когда люди, уже не столь послушные богам, вынуждены были
обрабатывать землю. В этот "серебряный век" люди после короткой земной жизни
уже не попадали на Олимп, но все же становились почитаемыми божествами
подземного мира. Затем по воле Зевса возникло племя гигантов "бронзового
века" -- диких, воинственных, кровожадных, владевших медным и бронзовым
оружием; они бесславно сошли в Аид. Тогда Зевс создал четвертое племя--
героев. Но и они погибли в битвах под Фивами и Троей и теперь, освобожденные
от забот, живут на краю земли, на островах вечного блаженства. А во времена
Гесиода наступил "железный век", полный постоянных трудов, тревог и
страданий. Люди стали алчными, лживыми и развратными.
Тоска угнетенных о счастливом "золотом веке", без войн и ссор, без
тяжелого труда (и, разумеется, без частной собственности), нашла свое
художественное выражение в поэзии. Гесиод и многие другие поэты древности не
теряли надежды на возвращение "золотого века". Прославленный римский поэт
Овидий (43 г. до н.э.-- 18 г. н.э.), напротив, говорил в своих произведениях
о невозможности осуществления такой социальной утопии.
Что же касается металлов, то из всех этих прекрасных сказаний можно
сделать такой вывод: человеку сначала стало известно золото, потом серебро,
бронза и, наконец железо. Но если даже было и так, поэтические мифы все
равно нельзя считать научным обоснованием для подобного окончательного
вывода.
Хронологическая систематика, построенная одним датчанином
Датскому знатоку древней истории Христиану Юргенсе-ну Томсену
(1788--1865) в 1816 г. было поручено руководство Королевской комиссией по
охране и содержанию памятников старины, которая заседала до этого несколько
лет, но ничего существенного не сделала. Бывший коммерсант решил
поставленную перед ним задачу умело и основательно. Сегодня созданный его
стараниями Национальный музей в Копенгагене -- самый крупный и богатый в
Скандинавских странах. Особая заслуга Томсена состояла в последовательной
систематизации археологических находок. Распределяя их в хронологическом
порядке в зависимости от материала, он пришел к привычному теперь для нас
делению древней истории на три периода: каменный век, бронзовый век и
железный век. Научное значение такой систематики оценил и К- Маркс: "Как ни
мало историческая наука знает до сих пор развитие материального
производства, следовательно, основу всей общественной жизни, а потому и всей
действительной истории, однако, по крайней мере, доисторические времена
делятся на периоды на основании естественно-научных, а не так называемых
исторических изысканий, по материалу орудий и оружия: каменный век,
бронзовый век, железный век" (К- Маркс и Ф. Энгельс. Соч., изд. 2-е, т.23,
с. 191). Очевидно, используемые материалы представляют собой важный признак,
характеризующий качество и ступень развития орудий труда. Для доисторических
времен это действительно основополагающий и определяющий критерий, но и в
более поздние общественно-экономические формации он имел существенное
значение.
Античный водопровод
Пергамский царь Эвмен II в 180 г. до н.э. повелел соорудить напорный
водопровод длиной 3 км. На горе Агиос-Георгиос находились сборный бассейн и
отстойник для питьевой воды, которая поступала с Мадарских гор
(расположенных в 60 км отсюда) по трем линиям труб сделанных из обожженной
глины. От сборного бассейна трубопровод пришлось прокладывать вниз, а потом
снова вверх с перепадом высот около 200 м; соответственно рабочее давление в
нем достигало 20 атм. Обычные гончарные трубы для этого не годились. Есть
основание полагать, что здесь древние гидростроители использовали
металлические трубы длиной около 1 м, укладывая их в просверленные камни.
Трубы, скорее всего, отливали из бронзы. До наших дней дошли только камни с
отверстиями, которые и указывают трассу водопровода. Многие камни расколоты:
вероятно, таким образом кто-то извлекал из них ценные бронзовые трубы.
Подобный водопровод -- большое техническое достижение для того времени.
Построенные римлянами еще в 100г.; до н.э. водопроводы с их мощными
акведуками также вызывают наше восхищение. Вечный город снабжали водой 10
линий общей длиной 404 км, с поперечным сечением водопроводов больше 7,5 м2,
что соответствует диаметру трубы около 3 м. Но пергамский напорный
водопровод -- единственное в своем роде сооружение, техническое достижение
того времени, и только теперь вновь стали строить трубопроводы с таким
высоким давлением.
Небесный металл
Ежедневно на Землю падает в среднем 6 тыс. т вещества. Большей частью
это метеоритная пыль, т.е. частицы диаметром в несколько микрон. Но иногда в
земную атмосферу залетают и более крупные тела, которые мы видим на ночном
небе как "падающие звезды" или огненные шары -- болиды. Их вещество не
всегда полностью распыляется в атмосфере, иногда довольно весомые обломки
этих тел достигают поверхности земли с громоподобным шумом. Метеориты
средней величины зарываются в землю на несколько метров, а большие --
образуют огромные воронки. Наиболее известна из них Чертова долина в
Аризоне--кратер диаметром 1200м и глубиной около 200 м. Здесь в
доисторические времена упал железный метеорит, массу которого специалисты
оценивают в 10 млн. т. Об этом событии говорится в передаваемых из поколения
в поколение и дошедших до наших дней преданиях индейцев племени навахо: "в
этом месте в незапамятные времена огненный дух сошел с неба на землю".
По-видимому, еще большую маесу имел метеорит, кратер от которого обнаружен
при аэрофотосъемке в бразильских джунглях: диаметр этого кратера достигает 3
км, а глубина -- 500 м.
Метеориты бывают железные и каменные. Первые состоят в основном из
железа, в котором содержится (по весу) 8--10 % никеля, 0,5 % кобальта и до 1
% Других элементов: фосфора, серы, углерода, хрома и меди. Метеоритное
железо поддается ковке в холодном состоянии. Несомненно, первые железные
предметы, которыми люди стали пользоваться в глубокой древности, были
сделаны из метеоритного железа. Даже в наше время такие ножи и наконечники
для копий можно было найти у коренных жителей Гренландии. Американский
полярный исследователь Роберт Эдвин Пири (1856-- 1920) в отчете об
экспедиции в Гренландию описал встречу с одним эскимосом, который привел его
к огромному, наполовину ушедшему в землю железному метеориту; Это было
поблизости от мыса Йорк. Вероятно, метеорит столетиями служил эскимосам
источником материала для изготовления оружия и инструментов. Они просто
отламывали от него куски и молотом, без всякого нагрева, придавали им нужную
форму. Железный метеорит к этому времени, когда его видел Пири, еще имел
массу 37т. Сегодня он находится в Музее естественной истории в Нью-Йорке.
Виланд-кузнец
Главный герой одной из старейших древнегерманских саг--кузнец Виланд,
крепкий парень, с которым судьба не раз играла злые шутки, но и сам он
обходился с людьми без особых церемоний. Одному из конкурентов, чьи работы
угрожали его славе лучшего кузнеца, он предложил коварные условия: пусть тот
изготовит шлем и прочие доспехи, а Виланд сделает меч, и тогда будет видно,
чья работа лучше. Оба принялись за работу. Виланд выковал меч со всей
старательностью и мастерством. Чтобы проверить остроту меча, он опустил его
в ручей и пустил туда птичье перо. Лишь только течение слегка прижало перо к
лезвию, этого оказалось достаточно, чтобы меч разрезал перо. Однако Виланд
остался недоволен своей работой. Он изрубил меч на мелкие кусочки и подмешал
их в корм гусям. Но.даже гусиный желудок не в состоянии переварить железо, и
Виланд собрал его снова из гусиного помета. Нужно полагать, что металл,
пройдя через пищеварительный
тракт гуся, все же претерпел какие-то изменения желудочный сок слабее
действовал на частицы стали, богатые углеродом, чем на более мягкие, бедные
им, так что материал, пройдя такую обработку, стал богаче твердой сталью.
Возможно, при этом в металл проник азот, а азотированная сталь, как сегодня
известно, ладает большей твердостью. Во всяком случае, оказалось, что
кусочки железа, извлеченные из гусиного помета, гораздо лучше подходят для
изготовления меча. Повторив еще раз подобную своеобразную обработку, Виланд|
получил металл, по качеству удовлетворявший самым высоким его требованиям. В
день состязания Виланд: встал перед противником, положил свой меч ему на
голову, защищенную шлемом, и без особых усилий прорезал насквозь шлем,
голову, кольчугу и тело.
Затем последовали другие драматические события. Виланда захватил в плен
король Нидхад, перерезал ему сухожилия на ногах и заставил калеку работать в
кузнице. Но король жестоко поплатился за это: кузнец обесчестил его дочь,
убил двух маленьких сыновей, а сам, подобно Икару, улетел на самодельных
крыльях. Но в отличие от Икара, упавшего в море, Виланд благополучно
завершил свой полет.
Различные подробности саги указывают на то, что собирательным
прообразом Виланда послужили кельты. Представители этого народа в те времена
были "абсолютными чемпионами" по добыче и переработке железа. Достоверно
доказано, что они могли изготовлять превосходную сталь и научились ее
закаливать.
Георг Бауэр, он же Георгий Агрикола
XVI век --один из самых бурных периодов истории Германии. Социальная
напряженность, вызванная бесправием крестьянства и началом развития
капитализма, привела к крестьянской войне и к городским восстаниям. Наука и
искусство переживали подъем, ведущим течением в духовной жизни общества стал
гуманизм, который опирался в своих идеях на воззрения античного мира.
24 марта 1494 г. в саксонском городке Глаухау родился Георг Бауэр --
человек, который позднее, по распространенному тогда в ученом мире обычаю,
принял латинизированное имя Георгий (или Георгиус) Агрикола. Школу он
посещал в Глаухау и, вероятно, в Цвиккау, потом учился в Лейпцигском
университете. Он был преподавателем, проректором и ректором в Цвиккау и в
Лейпциге, затем продолжал учебу в Италии, откуда вернулся доктором медицины.
Работал городским врачом в шахтерских городках Яхимов и Хемниц (ныне
Карл-Маркс-Штадт). Трижды занимал пост бургомистра Хемница. Умер Георгий
Агрикола в 1555 г. и похоронен в кафедральном соборе города Цейц.
Уже современники высоко ценили его обширные и многосторонние познания.
Агрикола был учителем, врачом и аптекарем, добился больших успехов как
бургомистр. Он заложил основы нескольких наук: минералогии и геологии,
горного дела и металлургии; ему принадлежали выдающиеся работы в области
истории государства, теории чисел и теории множеств, экономики. И главный
труд его жизни -- опубликованная посмертно 12-томная монография "О
металлах"--и другие многочисленные работы свидетельствуют о том, что это был
большой, далеко опередивший свое время ученый-энциклопедист и общественный
деятель.
Из словаря металлургов
Язык, на котором разговаривают между собой специалисты, особенно
представители таких древних профессий, как металлурги, для "простых
смертных" порой звучит весьма странно. Происхождение многих специальных
терминов часто не удается установить однозначно, а язык металлургов очень
богат такими специальными выражениями.
Названия для массы металла нередко заимствованы из мира животных. Так,
немецкое название крицы, т. е. губчатой железной или стальной массы,
полученной из кричного горна, -- "люппе" (Luppe) происходит от итальянского
слова lupo (лат. lupus, франц. loup)-- волк. Чугунную чушку во Франции
называют geuse, что в переводе означает "гусь". Немецкие металлурги называют
"свиньей" (Sau), а русские -- "козлом", настыль-- плотную массу застывшего
металла, которая образуется на стенке или на поду печи при нарушениях хода
процесса. Такую настыль очень трудно удалить. В XIV в. расплавленный чугун
считался ненужным продуктом, его сливали в выкопанную перед печью яму и
называли "поросячьим железом" (Ferkeleisen). Порцию шихты, т. е. смесь руды
и добавок к ней, называют вероятно, от Moll или Maulwuri .(крот), так как
кучи шихты на шихтовом дворе напоминают кучки земли у кротовых нор.
До сего времени мало кто занимался исследованиями истории
металлургической терминологии, а такие исследования, очевидно, помогли бы
установить некоторые взаимосвязи в истории культуры и техники.
От низкошахтных печей -- к облегченным металлоконструкциям
Весной 1950 г. в ГДР было принято решение о создании мощной
металлургии высоких давлений. И в этой лаборатории Ганс-1 Герман мало что
понимал, хотя и был студентом-металлургом.
Доктор Рета, темноволосая, строго причесанная, в темных очках,
производила неприветливое впечатление.] Ее возраст невозможно было
определить. Где-то околс сорока, решил Ганс-Герман, скорее даже больше
сорока. Тем не менее голос у нее был приятный. Неожиданно! Ганс-Герман
заметил, что если люди удалялись на расстояние более метра друг от друга, то
они оказывались в полной тишине. Звуки исчезали, голоса пропадали. Чтобы
убедиться в этом, студент несколько раз отходил от говоривших и снова
приближался к ним. Очевидно, этот эффект достигался благодаря очень точному
применению законов акустики. Во всяком случаеотрицательной или нежелательной
звуковой нагрузки человек не испытывал, несмотря на то, что людей в
помещении было, как мы уже говорили, достаточно много. ГанстГерман
внимательно слушал доктора Рету, которая говорила о том,^го при современном
уровне науки.о железе и стали давление как один из факторов, влияющих на
состояние металла, приобрело очень большое значение и возможности его
использования еще не изучены до конца.
"Примерно сто лет назад было принято изменять состояние материала
только путем изменения температуры. Сейчас высокие давления широко
используются для изменения физического состояния металлов, для получения
материалов на основе железа, которые по своим свойствам превосходят любую из
сталей".
Доктор Рета внушала доверие, поэтому очень скоро возникла простота в
общении, и Ганс-Герман, не смущаясь, спросил, давно ли начали заниматься
металлургией высоких давлений и может ли доктор Рета привести примеры,
подтверждающие преимущества этого процесса перед традиционными. Доктор Рета
охотно согласилась.
-- Начну с простого примера. Вода закипает при 100 градусах Цельсия, но
только при нормальном атмосферном давлении. Уже многим поколениям школьников
из физики известно, что при пониженном атмосферном давлении вода закипает,
не достигая 100 градусов. Так, в горах ее кипение начинается при тем более
низкой температуре, чем выше эти горы над уровнем моря, то есть чем меньше
атмосферное давление. А что такое кипение воды? Это не что иное, как переход
ее из жидкого состояния в газообразное. Иными словами, изменение состояния
вещества прямо зависит от давления. В такой же зависимости от давления
находится и переход из твердого состояния в жидкое. При нормальном давлений
железо плавится при 1539 градусах Цельсия, но эта температура растет при
увеличении давления. Зависимость сохраняется только при сверхвысоких
давлениях; Обработка расплавов железа в реакторах высокого давления с целью
легирования его другими элементами потребовала увеличения температуры
плавления до нескольких тысяч градусов Цельсия. И что самое неожиданное, в
некоторых случаях температура плавления обработанных
таким образом сталей впоследствии почти не снижалась и при нормальном
давлении. Профессор Клейн добавил:
-- Фрау доктор Рета своими исследованиями внесла основной вклад в
решение этой проблемы.
Женщина слегка смутилась: столь высокая оценка руководителя института
была для нее неожиданной. Профессор дружески улыбнулся своей сотруднице и
продолжил:
-- Ведь должен же я когда-нибудь это сказать, более что нашему молодому
гостю интересно знать, с каких пор металлургия высоких давлений вошла в нашу
жизнь. Началось с того, что люди осуществили свои давнюю мечту, начав
производство искусственных алмазов. Мягкий графит и самый твердый на земле
материал -- алмаз имеют один и тот же химический состав. Это углерод,
различно лишь его фазовое состояние. Когда это было установлено, ученые
приступили к поиску путей получения алмазов синтетическим путем. Среди
ученых встречались и шарлатаны, напоминавшие алхимиков средневековья, но в
конце концов положительный результат был достигнут. При сверхвысоких
давлениях вначале удавалось получать лишь алмазную крошку, и тем не менее
это был громадный успех. Вскоре научились получать более крупные частицы
алмаза. Их использовали для обработки сверхтвердых материалов. Сегодня уже
не является проблемой получение искусственных алмазов, в несколько раз
превосходящих по размеру наиболее знаменитые природные. Во время обеденного
перерыва Вы сможете в нашем реакторе сверхвысоких давлений синтезировать
себе на память Кохинур.
Ганс-Герман не знал, что и думать. По-видимому, это шутка. Но было бы,
конечно, неплохо в кругу друзей невзначай достать из кармана алмаз величиной
в несколько сот карат. Они, понятно, не поверят, что он настоящий, и тем
более, что его сделал сам Ганс-Герман. Но тем больше будет эффект, когда
после проверки все убедятся в этом. Студент поблагодарил профессора и
сказал, что охотно воспользуется его предложением. Тот продолжил:
-- Синтез алмазов оказал благотворное влияние на технику высоких
давлений. Конструировались и строились все более мощные промышленные
установки по созданию высоких давлений. Во многих научных центрах появились
институты, лаборатории и опытные заводы,в которых занимались проблемами
высоких и сверхвысоких давлений. Технику высоких давлений в металлургию
начали внедрять довольно давно. В 1956 году при очень высоких давлениях
(примерно 130 килопаскалей) была получена новая модификация железа. Как
показали рентгенографические исследования, атомы в решетке кристалла имели
гексагональное расположение. Это немагнитное железо назвали эпсилон-железом.
Позднее для железа была создана полная диаграмма температура--давление.
С ее помощью были разработаны современные технологические процессы обработки
этого металла с использованием высоких и сверхвысоких давлений. Особую
известность получили такие процессы, как деформация и сварка взрывом. Для
нас прежде всего важно то, что на температуру и давление, изменяющие
состояние вещества, можно воздействовать легированием. Мы можем
рассматривать концентрацию легирующих элементов как один из параметров,
меняющих состояние вещества.
Профессор умолк, и, хотя Ганс-Герман многого не понял, ему стало ясно
одно -- металлургия высоких давлений открыла путь к получению новых
материалов на основе железа. Следующий вопрос, который задал студент,
касался качества новых сталей, ибо столь трудо- и энергоемкая обработка
имеет смысл лишь в том случае, если вновь создаваемые сплавы много лучше
прежних. -- Вы правы. Пойдемте со мной. С этими словами профессор, а с ним
фрау доктор Рета и Ганс-Герман направились к одному из мониторов. Профессор
сказал что-то в микрофон, и тотчас же на экране появилось изображение. Это
была диаграмма с кривой, которая непрерывно поднималась вверх. Профессор
объяснил: "Это обычная кривая напряжение--удлинение, необычны лишь значения
напряжений. У так называемых высокопрочных сталей вашего времени
максимальное значение временного сопротивления составляло несколько
килоньютонов, а у обычных сталей было намного меньше. Так, рядовая
строительная сталь для мостов имела временное сопротивление 500 паскалей. Мы
же применяем материалы, прочность которых по крайней мере в сто раз выше.
Перед Вами сталь, обработанная в условиях сверхвысоких давлений. Она
отличается исключительно высокой плотностью упаковки атомов, ее временное
сопротивление составляет..., -- профессор не закончил фразу, напряженно
вглядываясь в экран. -- Это же невероятно! Пожалуйста, опустите значения,
фрау доктор".
"Двенадцать, двенадцать с половиной, тринадцать, четырнадцать тысяч..."
Ганс-Герман не мог понять, что так взволновало профессора, а теперь и фрау
доктора Рету. Оба о нем явно забыли. Кривая достигла цифры девятнадцать
тысяч и продолжала расти. Между тем и другие сотрудники заметили необычность
происходящего. Они молча в недоумении смотрели на экран монитора. Несмотря
на идеальную звукоизоляцию, Гансу-Герману показалось, что он слышит
нарастающий гул голосов. Теперь он уже ничего не видел и не слышал голоса
доктора Рету, которая довела счет до двадцати пяти тысяч. Неожиданно
Ганс-Герман увидел рядом профессора:
-- Я обещал Вам показать, какие необычные свойства приобретают стали,
обработанные при сверхвысоких давлениях. Вы видите перед собой пример. Уже
теперь нагрузка очень высока; если обратиться к понятиям Вашеаго времени, то
она равна той, которую испытывает проволочная нить сечением в один
квадратный миллиметр, на которой подвешен электровоз скорого поезда. Из
такой стали можно сооружать километровые башни с платформами, стартовыми
площадками и посадочными полосами для космических кораблей и многое другое.
Доктор Рета продолжала считать, она назвала уже цифру тридцать, когда
снова усилился шум голосов. Вскоре Ганс-Герман стал различать отдельные
слова и отрывки фраз: "Невероятно... такого не может быть... случайность...
великолепно... сказочно..."
Шум вдруг стал равномерно монотонным, напоминая шум нескончаемого
осеннего дождя. Студент почувствовал довольно грубый толчок, и когда с
возмущением хотел обернуться, обнаружил, что сидит в аудитории и что
никакого дождя нет, а есть студенты, аплодировавшие лектору.
На кафедре стоял профессор Клейн, а его великолепная окладистая борода
неопровержимо свидетельствовала о том, что это Железный Густав. Внешне он
мало походил на своего правнука, но голос... голос ничем не отличался.
-- Я рассказал Вам о некоторых перспективах развития металлургии и
металловедения железа и его сплавов. Уверен, что действительность окажется
намного грандиознее, чем мы это себе' представляем. Несмотря на то что
человек уже в течение тысячелетий применяет железо и его сплавы и получение
его больше не составляет тайны, исходить следует из того, что возможности
этого материала далеко еще не исчерпаны. В промышленности используется более
десяти тысяч сплавов на основе железа.
Диапазон их свойств необычайно велик: от мягкого как свинец чистого
железа до твердой как алмаз инструментальной стали, от динамного и
трансформаторного листа с особыми магнитными свойствами до немагнитных
сплавов железа, от износостойких специальных сталей до коррозионностойких и
нержавеющих. Легированием и термической обработкой с использованием давления
и излучения удается получать железные материалы с невероятными свойствами. И
мы отнюдь не в конце, а лишь в начале грандиозного пути развития металлургии
железа. Наука неустанно занята получением новых данных, способствующих
совершенствованию и созданию новых способов получения и обработки материалов
на основе железа. Ваша задача усвоить сегодняшний уровень знаний, чтобы
завтра вместе со сталеплавильщиками, литейщиками, прокатчиками, кузнецами,
технологами, занятыми механической и термической обработкой, способствовать
техническому прогрессу в металлургии.
История железа началась в пору, когда человечество находилось еще в
первобытном,состоянии. Значение металла в последующие общественные формации
непрерыв-, но возрастало, а во время промышленной революции чугун и сталь
превратились в важнейшие материалы. Ив наше время показатели производства
чугуна и стали наряду с показателями производства энергетического сырья и
энергии служат основной характеристикой технического уровня промышленно
развитых стран.
Наряду с количеством огромную роль в техническом прогрессе играет и
создание сталей и сплавов со специальными свойствами, которые непрерывно
улучшаются. Это парадоксально, но старое, как наша цивилизация, железо
является вечно молодым материалом, полным неожиданных возможностей.
Таковы были заключительные слова профессора Клейна. Студенты снова
зааплодировали, выражая восхищение, удивление, одобрение и любовь к
профессору. Из передних рядов аудитории вышли двое -- женщина и мужчина.
Ганс-Герман протирал глаза. Мужчина был похож на доктора Кнохенбрехера из
Лаборатории коррозионных исследований, а женщина -- на доктора Рету.
Что же с ним сегодня происходит? Сновидения наяву! Поток студентов
вынес Ганса-Германа из аудитории. Ря| дом с ним оказалась Дениза, их руки
встретились, и вместе они вышли в вестибюль института, а затем и на улицу.
МОЗАИКА
"Века" истории в древних мифах
Греческий поэт Гесиод (около 700 г. до н.э.) писал, что в незапамятные
времена земля сама давала пропитание роду человеческому. Люди жили без
трудов и печалей, всю свою долгую земную жизнь были молоды, а после смерти
становились добрыми небожителями. На смену этому "золотому веку" пришел
другой, когда люди, уже не столь послушные богам, вынуждены были
обрабатывать землю. В этот "серебряный век" люди после короткой земной жизни
уже не попадали на Олимп, но все же становились почитаемыми божествами
подземного мира. Затем по воле Зевса возникло племя гигантов "бронзового
века" -- диких, воинственных, кровожадных, владевших медным и бронзовым
оружием; они бесславно сошли в Аид. Тогда Зевс создал четвертое племя--
героев. Но и они погибли в битвах под Фивами и Троей и теперь, освобожденные
от забот, живут на краю земли, на островах вечного блаженства. А во времена
Гесиода наступил "железный век", полный постоянных трудов, тревог и
страданий. Люди стали алчными, лживыми и развратными.
Тоска угнетенных о счастливом "золотом веке", без войн и ссор, без
тяжелого труда (и, разумеется, без частной собственности), нашла свое
художественное выражение в поэзии. Гесиод и многие другие поэты древности не
теряли надежды на возвращение "золотого века". Прославленный римский поэт
Овидий (43 г. до н.э.-- 18 г. н.э.), напротив, говорил в своих произведениях
о невозможности осуществления такой социальной утопии.
Что же касается металлов, то из всех этих прекрасных сказаний можно
сделать такой вывод: человеку сначала стало известно золото, потом серебро,
бронза и, наконец железо. Но если даже было и так, поэтические мифы все
равно нельзя считать научным обоснованием для подобного окончательного
вывода.
Хронологическая систематика, построенная одним датчанином
Датскому знатоку древней истории Христиану Юргенсе-ну Томсену
(1788--1865) в 1816 г. было поручено руководство Королевской комиссией по
охране и содержанию памятников старины, которая заседала до этого несколько
лет, но ничего существенного не сделала. Бывший коммерсант решил
поставленную перед ним задачу умело и основательно. Сегодня созданный его
стараниями Национальный музей в Копенгагене -- самый крупный и богатый в
Скандинавских странах. Особая заслуга Томсена состояла в последовательной
систематизации археологических находок. Распределяя их в хронологическом
порядке в зависимости от материала, он пришел к привычному теперь для нас
делению древней истории на три периода: каменный век, бронзовый век и
железный век. Научное значение такой систематики оценил и К- Маркс: "Как ни
мало историческая наука знает до сих пор развитие материального
производства, следовательно, основу всей общественной жизни, а потому и всей
действительной истории, однако, по крайней мере, доисторические времена
делятся на периоды на основании естественно-научных, а не так называемых
исторических изысканий, по материалу орудий и оружия: каменный век,
бронзовый век, железный век" (К- Маркс и Ф. Энгельс. Соч., изд. 2-е, т.23,
с. 191). Очевидно, используемые материалы представляют собой важный признак,
характеризующий качество и ступень развития орудий труда. Для доисторических
времен это действительно основополагающий и определяющий критерий, но и в
более поздние общественно-экономические формации он имел существенное
значение.
Античный водопровод
Пергамский царь Эвмен II в 180 г. до н.э. повелел соорудить напорный
водопровод длиной 3 км. На горе Агиос-Георгиос находились сборный бассейн и
отстойник для питьевой воды, которая поступала с Мадарских гор
(расположенных в 60 км отсюда) по трем линиям труб сделанных из обожженной
глины. От сборного бассейна трубопровод пришлось прокладывать вниз, а потом
снова вверх с перепадом высот около 200 м; соответственно рабочее давление в
нем достигало 20 атм. Обычные гончарные трубы для этого не годились. Есть
основание полагать, что здесь древние гидростроители использовали
металлические трубы длиной около 1 м, укладывая их в просверленные камни.
Трубы, скорее всего, отливали из бронзы. До наших дней дошли только камни с
отверстиями, которые и указывают трассу водопровода. Многие камни расколоты:
вероятно, таким образом кто-то извлекал из них ценные бронзовые трубы.
Подобный водопровод -- большое техническое достижение для того времени.
Построенные римлянами еще в 100г.; до н.э. водопроводы с их мощными
акведуками также вызывают наше восхищение. Вечный город снабжали водой 10
линий общей длиной 404 км, с поперечным сечением водопроводов больше 7,5 м2,
что соответствует диаметру трубы около 3 м. Но пергамский напорный
водопровод -- единственное в своем роде сооружение, техническое достижение
того времени, и только теперь вновь стали строить трубопроводы с таким
высоким давлением.
Небесный металл
Ежедневно на Землю падает в среднем 6 тыс. т вещества. Большей частью
это метеоритная пыль, т.е. частицы диаметром в несколько микрон. Но иногда в
земную атмосферу залетают и более крупные тела, которые мы видим на ночном
небе как "падающие звезды" или огненные шары -- болиды. Их вещество не
всегда полностью распыляется в атмосфере, иногда довольно весомые обломки
этих тел достигают поверхности земли с громоподобным шумом. Метеориты
средней величины зарываются в землю на несколько метров, а большие --
образуют огромные воронки. Наиболее известна из них Чертова долина в
Аризоне--кратер диаметром 1200м и глубиной около 200 м. Здесь в
доисторические времена упал железный метеорит, массу которого специалисты
оценивают в 10 млн. т. Об этом событии говорится в передаваемых из поколения
в поколение и дошедших до наших дней преданиях индейцев племени навахо: "в
этом месте в незапамятные времена огненный дух сошел с неба на землю".
По-видимому, еще большую маесу имел метеорит, кратер от которого обнаружен
при аэрофотосъемке в бразильских джунглях: диаметр этого кратера достигает 3
км, а глубина -- 500 м.
Метеориты бывают железные и каменные. Первые состоят в основном из
железа, в котором содержится (по весу) 8--10 % никеля, 0,5 % кобальта и до 1
% Других элементов: фосфора, серы, углерода, хрома и меди. Метеоритное
железо поддается ковке в холодном состоянии. Несомненно, первые железные
предметы, которыми люди стали пользоваться в глубокой древности, были
сделаны из метеоритного железа. Даже в наше время такие ножи и наконечники
для копий можно было найти у коренных жителей Гренландии. Американский
полярный исследователь Роберт Эдвин Пири (1856-- 1920) в отчете об
экспедиции в Гренландию описал встречу с одним эскимосом, который привел его
к огромному, наполовину ушедшему в землю железному метеориту; Это было
поблизости от мыса Йорк. Вероятно, метеорит столетиями служил эскимосам
источником материала для изготовления оружия и инструментов. Они просто
отламывали от него куски и молотом, без всякого нагрева, придавали им нужную
форму. Железный метеорит к этому времени, когда его видел Пири, еще имел
массу 37т. Сегодня он находится в Музее естественной истории в Нью-Йорке.
Виланд-кузнец
Главный герой одной из старейших древнегерманских саг--кузнец Виланд,
крепкий парень, с которым судьба не раз играла злые шутки, но и сам он
обходился с людьми без особых церемоний. Одному из конкурентов, чьи работы
угрожали его славе лучшего кузнеца, он предложил коварные условия: пусть тот
изготовит шлем и прочие доспехи, а Виланд сделает меч, и тогда будет видно,
чья работа лучше. Оба принялись за работу. Виланд выковал меч со всей
старательностью и мастерством. Чтобы проверить остроту меча, он опустил его
в ручей и пустил туда птичье перо. Лишь только течение слегка прижало перо к
лезвию, этого оказалось достаточно, чтобы меч разрезал перо. Однако Виланд
остался недоволен своей работой. Он изрубил меч на мелкие кусочки и подмешал
их в корм гусям. Но.даже гусиный желудок не в состоянии переварить железо, и
Виланд собрал его снова из гусиного помета. Нужно полагать, что металл,
пройдя через пищеварительный
тракт гуся, все же претерпел какие-то изменения желудочный сок слабее
действовал на частицы стали, богатые углеродом, чем на более мягкие, бедные
им, так что материал, пройдя такую обработку, стал богаче твердой сталью.
Возможно, при этом в металл проник азот, а азотированная сталь, как сегодня
известно, ладает большей твердостью. Во всяком случае, оказалось, что
кусочки железа, извлеченные из гусиного помета, гораздо лучше подходят для
изготовления меча. Повторив еще раз подобную своеобразную обработку, Виланд|
получил металл, по качеству удовлетворявший самым высоким его требованиям. В
день состязания Виланд: встал перед противником, положил свой меч ему на
голову, защищенную шлемом, и без особых усилий прорезал насквозь шлем,
голову, кольчугу и тело.
Затем последовали другие драматические события. Виланда захватил в плен
король Нидхад, перерезал ему сухожилия на ногах и заставил калеку работать в
кузнице. Но король жестоко поплатился за это: кузнец обесчестил его дочь,
убил двух маленьких сыновей, а сам, подобно Икару, улетел на самодельных
крыльях. Но в отличие от Икара, упавшего в море, Виланд благополучно
завершил свой полет.
Различные подробности саги указывают на то, что собирательным
прообразом Виланда послужили кельты. Представители этого народа в те времена
были "абсолютными чемпионами" по добыче и переработке железа. Достоверно
доказано, что они могли изготовлять превосходную сталь и научились ее
закаливать.
Георг Бауэр, он же Георгий Агрикола
XVI век --один из самых бурных периодов истории Германии. Социальная
напряженность, вызванная бесправием крестьянства и началом развития
капитализма, привела к крестьянской войне и к городским восстаниям. Наука и
искусство переживали подъем, ведущим течением в духовной жизни общества стал
гуманизм, который опирался в своих идеях на воззрения античного мира.
24 марта 1494 г. в саксонском городке Глаухау родился Георг Бауэр --
человек, который позднее, по распространенному тогда в ученом мире обычаю,
принял латинизированное имя Георгий (или Георгиус) Агрикола. Школу он
посещал в Глаухау и, вероятно, в Цвиккау, потом учился в Лейпцигском
университете. Он был преподавателем, проректором и ректором в Цвиккау и в
Лейпциге, затем продолжал учебу в Италии, откуда вернулся доктором медицины.
Работал городским врачом в шахтерских городках Яхимов и Хемниц (ныне
Карл-Маркс-Штадт). Трижды занимал пост бургомистра Хемница. Умер Георгий
Агрикола в 1555 г. и похоронен в кафедральном соборе города Цейц.
Уже современники высоко ценили его обширные и многосторонние познания.
Агрикола был учителем, врачом и аптекарем, добился больших успехов как
бургомистр. Он заложил основы нескольких наук: минералогии и геологии,
горного дела и металлургии; ему принадлежали выдающиеся работы в области
истории государства, теории чисел и теории множеств, экономики. И главный
труд его жизни -- опубликованная посмертно 12-томная монография "О
металлах"--и другие многочисленные работы свидетельствуют о том, что это был
большой, далеко опередивший свое время ученый-энциклопедист и общественный
деятель.
Из словаря металлургов
Язык, на котором разговаривают между собой специалисты, особенно
представители таких древних профессий, как металлурги, для "простых
смертных" порой звучит весьма странно. Происхождение многих специальных
терминов часто не удается установить однозначно, а язык металлургов очень
богат такими специальными выражениями.
Названия для массы металла нередко заимствованы из мира животных. Так,
немецкое название крицы, т. е. губчатой железной или стальной массы,
полученной из кричного горна, -- "люппе" (Luppe) происходит от итальянского
слова lupo (лат. lupus, франц. loup)-- волк. Чугунную чушку во Франции
называют geuse, что в переводе означает "гусь". Немецкие металлурги называют
"свиньей" (Sau), а русские -- "козлом", настыль-- плотную массу застывшего
металла, которая образуется на стенке или на поду печи при нарушениях хода
процесса. Такую настыль очень трудно удалить. В XIV в. расплавленный чугун
считался ненужным продуктом, его сливали в выкопанную перед печью яму и
называли "поросячьим железом" (Ferkeleisen). Порцию шихты, т. е. смесь руды
и добавок к ней, называют вероятно, от Moll или Maulwuri .(крот), так как
кучи шихты на шихтовом дворе напоминают кучки земли у кротовых нор.
До сего времени мало кто занимался исследованиями истории
металлургической терминологии, а такие исследования, очевидно, помогли бы
установить некоторые взаимосвязи в истории культуры и техники.
От низкошахтных печей -- к облегченным металлоконструкциям
Весной 1950 г. в ГДР было принято решение о создании мощной