Применение металов

Все металлы и сплавы делятся условно на черные и цветные. К первым относятся железо и его сплавы — стали и чугуны, ко вторым — все остальные. Многие из них жаропрочны и жаростойки в активных газовых средах, химически стойки в кислотах и щелочах, морской воде, иным свойственна высокая электропроводность и другие ценные качества. Возьмем, например, магнитные свойства металлов.

Без магнитной стрелки компаса заблудятся и мореплаватели, и геологи, и туристы. Без индукционной катушки не заработает двигатель автомобиля, самолета, трактора. Без магнитных сердечников не будет ни электрогенераторов, ни электродвигателей, ни трансформаторов. Значит, перестанут работать электростанции, остановятся электропоезда и трамваи, станки и машины, погаснут электрические лампочки и экраны телевизиров, замолчат радиоприемники и телефоны и т. д., жизнь без магнитных материалов немыслима.

Для радиотехники, электроники нужны проводники и сверхпроводники, полные изоляторы электрического тока и материалы, проводящие ток только в одном направлении, усиливающие его под влиянием тепла и света, способные аккумулировать инфракрасную, ультрафиолетовую и световую энергию, превращать тепло в электричество и многие другие, обладающие иногда взаимоисключающими свойствами.

Современной технике необходимы металлические материалы, остающиеся прочными при температуре свыше 2000 °С и температурах, близких к абсолютному нулю, не изменяющие своей структуры и свойств при длительной работе. Машиностроению нужны сверхлегкие, высокоупругие, звукопроводящие, теплопроводные детали машин и приборов. Ядерной энергетике — материалы, способные не только выдерживать высокие температуры, но еще и устойчивые в зоне проникающих излучений и в агрессивных химических средах. Решение проблемы управляемых термоядерных реакций тормозится отсутствием материалов с электрическими свойствами, необходимыми для удержания горячей плазмы с температурой в миллиарды градусов в магнитном поле. Медицине требуются материалы с особыми качествами. Они должны быть не только прочными и устойчивыми к химическим воздействиям человеческого организма, но и хорошо с ним «сживаться» при протезировании костей, суставов и т. д.

И все же, когда мы говорим о металле, то прежде всего подразумеваем его прочностные характеристики, ибо прочность — главное достоинство конструкционных материалов. В современном автомобиле, прошедшем, например, без ремонта 50 тысяч километров, коленчатый вал сделал более 100 миллионов оборотов! Причем при работе мотора он испытывал более 7 тысяч ударов поршней каждую минуту. Вал электрической машины вращается со скоростью 10—15 тысяч оборотов в минуту, а некоторые современные газовые турбины достигают 20 тысяч оборотов в минуту и более. Можно представить, какой прочностью и надежностью должны обладать материалы, испытывающие такие громадные нагрузки в условиях высоких температур и давлений.

Мощность космических ракет во много раз превосходит мощность самых крупных гидроэлектростанций. Чем выше температура в камере сгорания, тем выше скорость вылетающих из сопла газов, а следовательно, тем сильнее и экономичнее реактивный двигатель. Но для этого требуются жаропрочные материалы, способные работать при температуре 2000 °С. А какие колоссальные температуры и давления развиваются на поверхности космического аппарата, когда он возвращается на Землю и пробивает плотные слои атмосферы? В этих условиях работоспособными могут быть лишь сверхжаропрочные материалы.