Глава 2. С НЕБА - НА ЗЕМЛЮ.

МАТЕРИАЛ ДЛЯ МОРСКИХ И ЗЕМНЫХ ГЛУБИН.

Корреспондент агентства печати ”Новости” сообщил из Нью- Йорка: ”В США создан батискаф ”Алвин”, который позволит экипажу из трех человек опуститься на самые большие глубины Атлантики. ”Алвин” примет участие в совместном американофранцузском глубоководном эксперименте, цель которого — исследование расположенной в 200 милях к югу от Азорских островов подводной долины, где имеются действующие вулканы, гейзеры и часто происходят землетрясения. Французская сторона в эксперименте использует батискаф ”Архимед” и подводный аппарат СП-3000. . ."Батискаф "Алвин” или ”Эл- вин”, как его еще величают, очень хорошо зарекомендовал себя при поиске и исследовании затонувшего знаменитого пассажирского корабля ”Титаник”. Оболочка этого батискафа — титановая.

Спору нет — титан действительно самый перспективный металл для корпусов батисфер, батискафов и других глубоководных аппаратов. Именно в условиях, когда на металл действуют чудовищное давление и вызывающая коррозию средами раскрываются все его лучшие свойства: высочайшая удельная прочность, стойкость против коррозии под действием механических нагрузок. Способность титана ”играючи” переносить сколь угодно длительное воздействие морской воды открывает ему дорогу как материалу для подводных обитаемых научных станций.

Фирма "Дженерал электрик" разрабатывает проект таких экспериментальных жилищ. Предполагается, что они будут размещаться либо на океанском дне, либо вблизи грунта на глубинах до 3700 метров. Основными материалами исследовательских обитаемых станций должны быть пирокерамика, упрочняемые стеклопластики и, конечно же, титановые сплавы, которые уже сейчас нередко используются в качестве высокопрочных тросов для погружения и подъема глубоководных аппаратов.

Титан может сослужить очень хорошую службу и тем исследователям, которые занимаются геофизическими замерами и наблюдениями, плавая на специальных немагнитных судах. На таких кораблях совершенно не должно быть железных, никелевых изделий, деталей из нержавеющих сталей. Вместе с тем, другие материалы, отличающиеся немагнитностью, не могут быть полностью заменены сталями и сплавами на никелевой основе, так как уступают им и по. прочности,и по стойкости против коррозии. Титан же и немагнитен, и в состоянии не просто заменить магнитные материалы, но и обеспечить целый ряд дополнительных преимуществ.

Люди уже спускались в самую глубокую впадину мирового океана, ступали по Луне. Аппараты, созданные человеком, устремляются к самым отдаленным планетам солнечной системы. И все же есть сфера, где наши достижения очень скромны, сфера, куда мы почти совершенно не проникали. Мы знаем, что такое океан, знаем, что такое космическое пространство, но еще мало изучены недра нашей планеты. И не только те, глубинные недра, которые удалены от нас на тысячи километров и образуют загадочное ядро, но даже земную мантию, находящуюся , казалось бы, совсем рядом, в 15—20 километрах от поверхности. Однако как труднодоступна земная глубь! Самая глубокая в мире шахта, находящаяся на африканском континенте, из которой извлекают золото, не достигает и трети расстояния до верхней мантии, да и бурить на такие глубины — целая проблема. Казалось бы, пустяк, какие-то полтора десятка километров . . . Что стоит воздвигнуть мощную буровую вышку и бурить, пока не достигнешь нужной глубины. Но что значит бурить? Это значит высверлить долотом отверстие, все глубже погружая в землю бурильную колонну, свинчиваемую по мере удлинения из новых и новых труб. Можете себе представить, какую массу будет иметь многокилометровая колонна. А ведь держится она только за счет прочности стенок труб, находящихся у земной поверхности, над устьем скважины.

Колонна висит и если ее бесконечно удлинять, то наступит момент, когда она оборвется под собственной тяжестью. И произойдет это значительно раньше, чем будет достигнута верхняя мантия. Вот что препятствует нам поглубже заглянуть в земную твердь. Вы скажете, что можно ведь сделать трубы с гораздо более толстыми стенками, более пробные. Да, можно, но это значительно увеличит их массу, так что таким способом проблему все равно решить нельзя. И все же в различных местах планеты уже приступили к сверхглубокому бурению. В СССР научно-экспериментальные скважины пробуривают на суше, американские исследователи предпочитают достичь земной мантии через дно океана, поскольку земная кора под океаном несколько тоньше. Проект "Верхняя мантия Земли” уже воплощается в жизнь.

Трудно переоценить научное значение сверхглубокого бурения, но оно будет иметь также и немаловажный практический результат. С помощью таких скважин удастся обнаружить немало полезных ископаемых, залегающих как глубоко в земной коре, так и в самой верхней мантии.

Как же удалось решить проблему прочности труб? Разумеется, без высокопрочных сплавов на основе титана здесь не обошлось. Благодаря им могут быть достигнуты глубины не только в 15—20, но и в 30 километров.

УТОЛЯЯ ЖАЖДУ ПЛАНЕТЫ.

Важнейшее условие жизни на Земле — вода, и вряд ли кто- нибудь будет спорить с этим положением. Но воды на Земле мало . . . Вот это утверждение многие уже будут оспаривать. ”Как — мало?” — вполне резонно могут спросить. — Разве моря и океаны не покрывают большую часть поверхности нашей планеты?” Покрывают. Но именно моря и океаны, в которых вода, как известно, соленая. Основой жизни же является вода пресная.

Без пищи человек в состоянии прожить больше месяца, а без воды — погибает уже через несколько суток. От двух с половиной до четырех литров — такова ежедневная физиологическая норма воды для каждого человека. Но физиологическая норма — это только та жидкость, которую человек должен принимать внутрь. Цивилизованный человек на свои нужды тратит гораздо больше воды — от 30 до 230 литров в сутки, а цивилизованное общество — целые реки и моря.

Промышленность поглощает невообразимо огромное количество пресной воды. Для изготовления бутылки лимонада, например, расходуется 5 литров, а для производства тонны газетной бумаги — 50 тонн воды, но есть и такие производственные процессы, при которых потребность в воде превышает по массе выход готовой продукции в сотни и даже в тысячи раз. Например, на выпуск одной тонны каустической соды требуется 250—300 тонн воды, на отбелку тонны хлопка — 280 тонн, на получение тонны искусственного шелка — более 750 тонн, одной тонны никеля — 800—850 тонн, а на выработку одной тонны аммиака расходуется до 1000 тонн воды!

Пресная вода необходима в овощеводстве для полива и подкормки растений в парниках и теплицах, вода нужна для полива газонов, цветников и городских парков. При уходе за крупным рогатым скотом на каждую голову расходуют 100— 125 литров воды в сутки. Все больше распространяется орошаемое земледелие.

Но вода нужна не только всему живому. Каждому трактору необходимо в сутки 150 литров воды, автомобилю — 50—100 литров. В конечном счете, все расходы воды так или иначе связаны с удовлетворением потребностей человека, а поэтому можно сказать, что каждому из нас ежегодно требуется 900 тонн воды.

Где же взять такое огромное количество пресной воды для миллиардов живущих на Земле людей, если учесть к тому же, что численность населения планеты быстро увеличивается, а количество пригодной для использования воды даже уменьшается, так как водоемы все больше загрязняются промышленными отходами? Ответ может быть только один: перерабатывать морскую воду в пригодную для питья и хозяйственнотехнических нужд.

Каждые 97 из 100 литров имеющейся на Земле влаги содержат 3,5 процента солей, которые и делают воду непригодной для использования в промышленности и в быту. Обессолить воду можно различными способами — вымораживанием, выпариванием, перегонкой и некоторыми другими. Но в любом случае дело придется иметь с морской водой, коррозионная активность которой хорошо известна. Именно поэтому в качестве конструкционных материалов опреснительных установок никогда не фигурируют обычные стали, а упоминаются сплавы алюминия, различные бронзы, медноникелевые сплавы и, разумеется, титан. Было бы удивительно, если бы его не упоминали вообще. Правда, титан как не очень дешевый металл не используется для изготовления всего опреснителя, а применяется только в местах, где без него совершенно нельзя обойтись.

Полтораста километров бесшовных титановых труб, множество трубчатых решеток и деталей испарителя использовано в опреснительной установке, находящейся на самом большом из американских Виргинских островов — Санта-Крус. Многоступенчатая установка, работающая по методу однократного испарения, была построена компанией "Вестингауз” для снабжения водой алюминиевого завода фирмы "Харвей алюминиум”.

Поначалу предполагалось, что основным материалом опреснителя будут медноникелевые сплавы, и установка была спроектирована из расчета, что рабочая температура рапы не превысит 85 °С. Применение титана в испарителе позволило повысить температуру рапы до 121 °С и удвоить производительность агрегата. Это оказалось возможным благодаря еще и тому, что титан обеспечивает более высокую теплопередачу, чем более теплопроводные, но покрытые накипью материалы.

Спустя два года с момента начала эксплуатации проверили состояние титановых труб. Несмотря на то что через установку за это время протекало 18 миллиардов кубических метров морской воды вместе со скорлупой моллюсков, а температура рассола в испарителе превышала 100 °С, вся система труб пребывала в идеальном состоянии. Трубы из других стойких материалов в таких условиях не выдержали бы и года работы. Предполагают, что титановые трубы будут эксплуатироваться без замены десятки лет, обеспечивая на протяжении всего срока службы бесперебойную работу опреснительной установки.

Сейчас за земном шаре работает уже несколько сот опреснительных установок различной производительности и различного принципа действия. Ежесуточно они вырабатывают несколько сот тысяч кубометров пресной воды. Этого едва хватит развитому промышленному городу средней величины. Опреснительные установки действуют в СССР, США, Кувейте, Израиле и в других странах.

Увеличение спроса на такие установки потребует огромного количества титана. Только в одной опреснительной установке, смонтированной в Эль-Джебеле (Саудовская Аравия), использовано 2800 тонн этого металла.

По запасам пресной воды наша страна занимает первое место в мире, но запасы эти распределены очень неравномерно и в таких районах, как Средняя Азия, Казахстан, южная часть Украины, отсутствие достаточного количества пресной воды сдерживает развитие промышленности и сельского хозяйства. Кроме того, у нас много пустынь и полупустынь. Вот почему проблеме опреснения воды в нашей стране придается большое значение.

На берегу Каспийского моря, где постоянно бушуют песчаные бури, где нещадно палит солнце, а земля покрыта солью высохших соленых озер, где даже верблюды чувствуют себя неуютно, в течение нескольких лет вырос город Шевченко, названный в честь великого украинского поэта. В городе живут десятки тысяч людей — нефтяники, геологи, строители. В городе много зелени, растут деревья и кустарники, цветут цветы.

На сотни километров вокруг нет воды, месяцами не бывает дождей, но город живет, расходует пресную воду на все свои нужды, в том числе и на полив зеленых насаждений. Откуда же берут воду? Из моря. Но, разумеется, предварительно удалив из морской воды соль. Шевченко — единственный город в мире, который использует опресненную воду. Пресная вода, получаемая искусственно, поступает не только для технических и хозяйственных нужд города, но и в квартиры его жителей, ее пьют все. Другой воды здесь нет. Опреснитель расположен недалеко от города, прямо на морском берегу. Его корпуса видны издалека, ночью они освещаются специальными лампами.

Титан еще не раскрыл всех своих возможностей относительно процессов и аппаратов по обессоливанию, но его не сбрасывают со счетов, когда проектируют передвижные опреснители, емкости для хранения и перевозки пресной воды.

Водный голод еще не стоит перед человечеством вплотную, но его приближение ощущается все явственнее. Недостаток воды испытывают сейчас не только в районах Африки, Ближнего и Среднего Востока, Южной и Северной Америки, которые всегда страдали от этого, но и во многих других местах.

Чистая питьевая вода становится дефицитом и в Европе. Рационирование питьевой воды вводится в Бельгии, ФРГ, Японии. Нехватка воды уже становится государственной проблемой Англии. Скоро с этой проблемой столкнуться все без исключения государства.

Но человечество не погибнет от жажды. На помощь придут гигантские опреснители, работающие на атомной энергии, использующие новейшие достижения инженерной мысли и новые надежные материалы, среди которых будет и титан.

ЕДИНСТВЕННЫЙ, НЕЗАМЕНИМЫЙ. ..

Что говорить, титан — металл замечательный! Но у него достаточно конкурентов, которые, хотя и не безукоризненно, но все же справляются с возложенными на них обязанностями. Нержавеющая сталь менее стойка? Что ж, не беда! Пусть она служит не двадцать лет, а год или два, но ведь и год, и два она будет успешно использоваться. Зато она дешевле. Пусть чугун тяжелее, пусть алюминий намного уступает титану по прочности, но ведь и из них делали и делают вполне пригодные для использования вещи.

Титан, таким образом, в большинстве случаев является одним из металлов, пригодных для изготовления изделий, но не единственным. А это значит, что ему не всегда будет отдано предпочтение.

Но есть такие области техники, где только титан позволяет добиваться дальнейшего прогресса, где отказаться от титана означает отказаться от самой возможности создания тех или иных агрегатов, машин, установок.

Не секрет, что конструкторские разработки в некоторых случаях вынужденно приостанавливаются, так как еще не найдены, не созданы материалы, которые обеспечивали бы конструкции нужные свойства и параметры. К числу таких разработок некоторое время относилось и создание мощных паровых турбин.

Казалось бы, мощность турбины можно увеличить беспредельно: сделай турбину покрупнее —вот и повысится мощность. Но чем больше вращающиеся детали, тем с большей скоростью движется огромная масса металла и тем сильнее центробежные силы растягивают ее и в конце концов разрушают. Рабочие лопатки паровых турбин длиной около метра и более сделать из нержавеющей стали вообще невозможно, так как запаса прочности стали недостаточно, чтобы выдержать те огромные напряжения, которые развиваются во вращающейся с бешеной скоростью конструкции. Кстати, скорость, с которой движутся концы лопаток, приближается к скорости звука!

Вот здесь-то и оказывается незаменимым промышленный металл с самой высокой удельной прочностью! Преимущества титана особенно важны во вращающихся деталях, и поэтому в авиастроении титан применяется сравнительно давно. Ротор компрессора реактивного двигателя, изготовленный из особопрочной специальной стали, не выдерживает скорости вращения в 17 тысяч оборотов в минуту, а точно такой же титановый ротор разрушается только при 25 тысячах оборотов.

Благодаря титану, по-видимому, удастся создать паровые турбины мощностью в 1500 и даже более мегаватт. Одна такая турбина заменит несколько Днепрогэсов.

Базовой моделью отечественной теплоэнергетики сейчас служит турбина мощностью 300 тысяч киловатт. В Донбассе уже работает агрегат в 800 тысяч киловатт. В ближайшие годы такие турбины придут на смену ”300-тысячнику”. А в Ленинграде, на знаменитой выборгской стороне, создан гигант, равного которому не знает мировая практика энергомашиностроения: паровая турбина мощностью 1 миллион 200 тысяч киловатт. В часы "пик" она развивает колоссальную мощность — в 1 миллион 400 тысяч киловатт. Уникальная турбина изготовлена в объединении "Ленинградский металлический завод". При ее производстве использованы новейшие титановые сплавы высокой прочности. Турбина уже работает: в январе 1981 года на Костромской ГРЭС досрочно введен в действие крупнейший в мире среди тепловых электростанций энергетический блок с одновальным турбоагрегатом. На этом уникальном агрегате опробованы новые конструкторские, технологические и эксплуатационные разработки. Он станет основой для выпуска еще более мощной турбины, которая и будет служить базовой моделью на ближайшие десятилетия. Начинается новый этап в мировом энергомашиностроении, который без титана не был бы возможен вообще.

Титан незаменим при изготовлении парогенераторов не только благодаря своей высокой удельной прочности, но и вследствие присущей ему стойкости против коррозии. В цилиндры низкого давления турбинных агрегатов постоянно нагнетается пар, который и приводит лопатки в стремительное движение. Эта горячая влага вызывает коррозионное и эрозионное разрушение подавляющего большинства металлов и сплавов. Титан же по стойкости против воздействия влажного пара превосходит все нержавеющие стали.

Прежде чем приняли решение о проектировании и изготовлении сверхмощной турбины, были испытаны лопатки из титановых сплавов в агрегатах мощностью 300 тысяч киловатт. Паровые турбины с титановыми лопатками успешно используются на Лукомской и Конаковской ГРЭС, лопатки не подвергаются коррозии и эрозии. По расчетам Центрального котлотурбинного института имени Ползунова, применение титановых сплавов в таких агрегатах увеличивает коэффициент их полезного действия и дает экономию по каждой турбине 150 тысяч рублей в год.

Наряду с титановыми лопатками в паровых турбинах успешно используют титановую проволоку. На последней ступени ротора турбины К-300-240, работающей на Приднепровской ГРЭС, эксплуатируют титановые бандажи, что повышает вибрационную стойкость вращающейся детали.

В энергомашиностроении по достоинству оценены и высокая стабильность свойств нового промышленного металла при воздействии рабочих напряжений, и высокая его усталостная прочность. Ведь турбина должна служить без замены 10 лет и более, и все эти годы ротор и лопатки будут стремительно вращаться,

В дальнейшем титановые сплавы могут найти применение для изготовления конденсаторов паровых турбин, что позволит уменьшить габариты и увеличить срок эксплуатации без капитальных ремонтов до 20 лет. Благодаря способности титана сохранять свои свойства в напряженном состоянии его применяют при изготовлении компрессоров. Изготовление рабочих колес аммиачных турбокомпрессоров из сплавов на основе титана позволило в два раза уменьшить число ступеней сжатия и перейти на одноагрегатную конструкцию, что значительно снизило количество требующегося на изготовление машин металла, вдвое уменьшило площадь зданий холодильных станций.

Несколькими страницами ранее рассказывалось о том, что титан начинают использовать в качестве материала для особопрочных и легких труб, предназначенных для бурения сверхглубоких скважин. Прогрессу в деле бурения способствовала все та же незаменимость, уникальность свойств нового промышленного металла.

Незаменимой в некоторых случаях является и стойкость титана против коррозии. Благодаря титану удалось наладить промышленное производство хлористого аммония по методу выпаривания. Метод был известен сравнительно давно, но не применялся, так как не существовало стойкого конструкционного материала для создания нужного оборудования.

Титановое оборудование обеспечило появление новой прогрессивной технологии — автоклавного разложения никелевых концентратов и экстракционной очистки растворов в производстве кобальта. Появилась возможность использовать более высокие давления и температуры, применять для извлечения металлов более агрессивные вещества, что увеличивает производительность труда и позволяет создать непрерывную технологию. С внедрением титановых вентилей, кранов, задвижек в никелевом производстве было ликвидировано загрязнение промежуточных продуктов посторонними примесями, что в значительной мере способствовало освоению выпуска никеля высокой степени чистоты.

МОРОЗ НИПОЧЕМ.

Когда хотят подчеркнуть незаурядную силу, крепость или мощь, то прибегают к сравнению с железом, сталью. "Крепкий, как сталь”, "железная воля" — часто говорим мы, справедливо делая такие образные сопоставления — ведь прочность железа достаточно хорошо известна еще с древнейших времен.

Но беда в том, что железо не выдерживает сильных морозов, и уже при температуре 40 °С ниже нуля становится хрупким. А ведь на земном шаре встречаются и такие места, где температура достигает 70 °С холода, и это не только антарктический континент, но и вполне обитаемые земли — Якутия, Заполярье. Славится своими морозами и вся Сибирь. В Якутии, например, довольно часты морозы, превышающие 60 °С. При таких температурах резко возрастает число поломок транспорта, машин и механизмов, особенно землеройных.

Промерзший грунт с трудом поддается механическому воздействию и может легко вывести из строя машину, работающую даже при обычной температуре воздуха. Насколько же увеличивается число неисправностей, когда материал, из которого сделана машина, становится сам по себе хрупким, непрочным!

В условиях Крайнего Севера число повреждений техники в зимнее время по сравнению с летним увеличивается в три, а нередко и в десять раз. А ведь сейчас стоит задача все интенсивнее осваивать богатства Севера и Сибири. Значит, нужна особая техника, техника в "северном" исполнении — надежная и долговечная.

Металлурги разрабатывают специальные марки стали, экспериментируют, стараются "вылечить" железо от столь досадной хрупкости при низких температурах. Было замечено, что добавка циркония в значительной степени снижает хрупкость железа. Получена особая сталь для Севера, которая намноголучше обычной. Но все же и она не лишена тех недостатков, от которых свободна "легкая сталь" — титан.

То, что так разрушает железо, — холод — титану нипочем. Большинство серийных титановых сплавов совершенно спокойно переносит температуру до минус 196 °С, некоторые свободно выдерживают температуру жидкого водорода (минус 253 °С), а учеными Института металлургии Академии наук СССР создан титановый сплав, который не разрушается даже в самой холодной жидкости мира ~ жидком гелии (температура минус 269 °С). Что такому хладостойкому материалу, как титан, 60—70 °С ниже нуля? Сущие пустяки.

Разработанные титановые сплавы предназначены для изготовления оборудования, работающего в районах Заполярья и Крайнего Севера. Детали экскаваторов, тракторов, бульдозеров, сделанные из таких сплавов, будут необычайно долговечными и по-настоящему надежными.

В северных нефтегазодобывающих районах нередко выходят из строя центробежные колеса магистральных газопроводов. Сделанные из титана, они станут безотказными.

Но холод далеко не всегда враг. Часто он крайне необходим. И холод научились получать искусственно: начиная с прошлого века стали создавать специальные устройства, вырабатывающие холод средь жаркого лета. Родилась холодильная техника. Мы хорошо знаем ее в быту: домашние холодильники — полноправные ее представители. Правда, это не те холодильники, в которых развиваются температуры в 100 °С и более ниже нуля, необходимые во многих областях техники, и в которых применяются титановые сплавы.

По данным Всесоюзного научно-исследовательского института холодильного машиностроения, применение титановых сплавов для производства аммиачных компрессоров холодильных установок позволит создать машину лишь с одним агрегатом вместо двух и даст около 70 тысяч рублей годовой экономии по каждой установке. Из титана целесообразно изготовлять емкости для хранения и транспортировки жидкого гелия, водорода, азота. Кстати, температура жидкого азота (минус 196 °С) в технике низких температур является граничной. Она отделяет холодильную технику от криогенной.

ВБЛИЗИ АБСОЛЮТНОГО НУЛЯ.

Слово "криогенный” происходит от греческого ”криос” — холод. Но ведь холод — и 50, и 100, и 150 °С ниже нуля. Почему же возникла еще какая-то особая техника холода? Потому что многие вещества резко меняют свои физические свойства, если их охладить ниже температуры жидкого азота (ниже минус 196 °С).

Брусок свинца, например, обычно звучащий при ударе глухо вследствие своей мягкости, при криогенных, сверхнизких температурах твердеет и начинает звенеть. Сталь, которая никуда не годится уже в обычный сильный мороз, будучи охлажденной ниже 200 °С, рассыпается на осколки при малейшем ударе. У одних веществ резко возрастает теплопроводность, у других, напротив, падает. Значительно уменьшается электрическое сопротивление чистых металлов и сплавов.

Криогенные температуры начинаются с температуры жидкого азота. Но какого предела они достигают? Абсолютного нуля — минус 273,16 °С. Более низкой температуры в природе не бывает. Почему? Потому что именно при этой температуре молекулы прекращают свое движение, их кинетическая энергия равна нулю.

А ведь та или иная температура не что иное, как уровень кинетической энергии вещества.

Практически достичь абсолютного нуля невозможно, но можно максимально приблизиться к нему. Сейчас только сотые доли градуса отделяют исследователей от него. А температуры, отличающиеся от абсолютного нуля в несколько граду-

Сов, были достигнуты еще в самом начале нашего века. Жидкий гелий имеет температуру минус 263—269 °С. Впервые его получил голландский физик Гейке Камерлинг-Оннес в 1911 году.

Вполне понятно, что, едва получив столь необычное вещество, голландский профессор принялся экспериментировать с ним. Один из опытов заключался в том, что ученый погружал в необычный гелий различные вещества и измерял их электросопротивление. При проведении именно этого опыта и было обнаружено явление, названное Камерлинг-Оннесом сверхпроводимостью.

Некоторые металлы, погруженные в жидкий гелий, совершенно утрачивали электрическое сопротивление. Происходило это скачком, резко, мгновенно. Вещества как бы становились совершенно другими, непохожими на себя. Сейчас установлено, что способностью к сверхпроводимости обладают 26 чистых металлов и большое количество сплавов и соединений. Среди них и титан, который как известно, обычно плохо проводит электрический ток.

В начале века сверхпроводимость не имела никакого практического значения, однако в наши дни она, как и вся криогенная техника, играет важную роль в дальнейшем научно-техническом прогрессе.

Большие успехи достигнуты в деле разработки быстродействующих сверхпроводящих переключателей, так называемых криотронов, предназначенных для использования в новейших электронно-вычислительных машинах. Прежде прогресс электроники связывали исключительно с полупроводниками, ныне — со сверхпроводниками.

Для накапливания энергии от маломощного источника тока с целью мгновенного ее разряда очень удобны сверхпроводящие соленоиды. С помощью сверхпроводников создают устройства для усиления сигналов. Широко изучается вопрос о возможности создания сверхпроводящих линий электропередач, кабели которых должны охлаждаться жидким гелием.

Западногерманская фирма ”АЭГ-Телефункен” провела сравнение технико-экономических показателей трех линий электропередач постоянного тока. При этом все три линии имели одинаковую электроизоляцию и один диаметр, различались только проводящими материалами. В одном случае это была чистая медь, нагретая до 70 градусов, в другом — чистый алюминий, охлажденный жидким водородом до минус 253 градусов, и, наконец, в третьем — сверхпроводящий сплав ниобий-титан, охлажденный жидким гелием. Оказалось, что кабели из сверхпроводящего сплава смогут передавать энергию, по мощности впятеро большую, чем медные и алюминиевые.

Эффективность таких сверхпроводящих линий тем выше, чем больше передаваемая мощность, поэтому они будут незаменимыми при передаче мощности 3000000 киловатт и выше. При передаче такой мощности стоимость оборудования и эксплуатации сверхпроводящего кабеля гораздо ниже стоимости обычных проводников.

Разрабатываются мощные турбогенераторы со сверхпроводящей обмоткой возбуждения, охлаждаемой жидким гелием. Роторы таких турбогенераторов должны обладать не только высокой удельной прочностью и хорошей коррозионной стойкостью, но и хладостойкостью, низкой теплопроводностью, немагнитностью. Титановый сплав, созданный в Институте металлургии АН СССР, отвечает всем требованиям и сохраняет свою пластичность даже при температуре жидкого гелия. Испытания сплава подтвердили его полную пригодность как материала для роторов именно таких турбогенераторов.

ГОРИЗОНТЫ ТРАНСПОРТА БУДУЩЕГО.

Замечательные свойства титана — легкость, прочность, высокая стойкость против коррозионного разрушения — в полной мере проявляются при использовании нового промышленного металла не только в авиации, но и в наземных видах транспорта — на железных дорогах, в автомобилях, морских и речных судах.

О применении нового конструкционного материала в военно- морском флоте уже рассказывалось. Те же преимущества даст этот металл, если его использовать не только для военных кораблей, но и для нужд торгового и рыболовного флота. В результате повысятся дальность плавания и маневренность судов, будут значительно сэкономлены средства, затрачиваемые на ремонт материальной части и уход за нею. Корпуса судов, обшитые листами титана, совершенно не будут нуждаться в окраске. Высокая стойкость титановых сплавов в движущейся воде делает их наилучшим материалом для подводных крыльев и стоек.

В Институте проблем литья Академии наук УССР разработана технология изготовления керамических форм для получения крупногабаритных отливок из титановых сплавов. В этих формах изготовлены гребные винты для речных и морских судов.

Габариты винта достигают метра. Титановые винты обладают целым рядом преимуществ.

Лучшими материалами для гребных винтов считаются латунь и бронза, стойкие в морской воде, хотя ежегодно коррозия все равно проникает в глубь металла на несколько сотых долей миллиметра. Титан же не просто стоек в морской воде, он — абсолютно стоек, то есть, как уже говорилось об этом выше, практически не разрушается. В меньшей степени титан подвергается и кавитационному износу. Все это и обеспечивает высокий срок службы гребных винтов из титановых сплавов.

Мало того. Титановый винт имеет массу всего 40 килограммов, тогда как бронзовый — почти 80 и стоит к тому же в полтора раза дороже. Облегченный винт снижает центробежную нагрузку на вал и увеличивает моторесурс дизельного двигателя теплохода. Эксплуатация каждого титанового винта средних размеров дает общий экономический эффект 700 рублей.

Применение нового конструкционного материала для клапанов, толкателей, механизмов газораспределения, шатунов, поршневых пальцев и других деталей двигателя позволяет уменьшить инерционные нагрузки на кривошипно-шатунный механизм, повысить предел усталости, снизить усилия на болты и гайки шатуна, увеличить число оборотов, а следовательно, и мощность двигателя. Увеличивается запас сил пружин, уменьшается на 30 процентов сила удара клапана о седло. Важными свойствами титановых сплавов, помимо высокой удельной прочности и стойкости против коррозии, являются сравнительно высокая жаропрочность, низкий коэффициент теплового расширения.

Применяемые в дизелестроении для шатунов высоколегированные стали далеко не полностью удовлетворяют требованиям эксплуатации: под влиянием растягивающих напряжений стали деформируются — текут. Титановые сплавы таких недостатков не имеют.

Титановый сплав ВТ5 (титан с небольшими добавками алюминия, железа и кремния) успешно использован на одном из отечественных дизелестроительных заводов для шатунов серийно выпускаемых мощных двигателей. Титановые шатуны показали высокую надежность, отличную коррозионную стойкость в среде паров масла и продуктов сгорания топлива, обеспечив длительную безотказную работу двигателей.

Обычно применяемые глушители автомобильных двигателей изготовляются из мягкой углеродистой стали и быстро выходят из строя вследствие прогаров и внешней коррозии. Использование титана позволяет избежать этого.

Японская фирма ”Кобе стил” разрабатывает титановые сплавы для автомобилестроения. Один из сплавов предназначен для изготовления впускных и выпускных клапанов и будет выдерживать нагрев до 800—900 °С. Этот новый титановый сплав в два с половиной раза легче стали, которую он заменит. Другой сплав, разработанный фирмой, станут применять для толкателей клапанов, клапанных тарелок, поперечных клиньев и шатунов. Оба сплава уже используются в гоночных автомобилях марок Е380 и Е382, выпущенных японской фирмой "Ниссан Мотор”, которая планирует применить эти сплавы также в спортивных машинах.

Объединенными усилиями трех японских автомобильных фирм из титанового сплава создан сверхлегкий двигатель, который в два с половиной раза легче обычного автомобильного мотора. Сплав более чем на 80 процентов состоит из титана, остальное — олово, алюминий, цирконий и совсем небольшое количество хрома и стали. Стоимость нового двигателя весьма велика и на первых порах его будут ставить только на дорогие машины.

В других странах титан применяется пока в основном в конструкциях гоночных автомобилей. Крупнейший производитель титана в США фирма ТМКА сконструировала гоночный автомобиль Т1-22. Автомобиль оправдывает свое название: он изготовлен почти целиком из титана, что и дает хорошие результаты. Титановые сплавы используют и во многих других американских гоночных машинах.

В автомобиле ”Инди-500” из титана сделаны клапанные приводы и выхлопная система. Успешно прошел испытания экспериментальный газотурбинный автомобиль. ”Огненная птица”, корпус которого полностью изготовлен из титана. Титан применен и в гоночном автомобиле ”Орел” компании AAR, завоевавшем Большой приз по итогам 24-часовой гонки в Бельгии.

Одна из канадских фирм использует титановые сплавы для изготовления шатунов двигателей гоночных машин, благодаря чему число оборотов мотора достигло 8600 в минуту, а мощность увеличилась на 8,8 киловатт. Титановый сплав, разработанный фирмой ”Кобе стил”, о котором сообщалось выше, используют в США и Англии для изготовления нагнетательных и выхлопных клапанов автомобильных двигателей.

Применение титана в автомобилестроении, конечно же, не ограничится гоночными машинами. Особо ответственные детали серийных автомобилей и двигателей также необходимо изготовлять из материалов, обладающих наилучшим комплексом свойств, что существенно повышает надежность и долговечность изделий и той техники, в которой они применяются.

На восстановление действующего парка машин ежегодно расходуются десятки миллионов рублей. Затраты на ремонт и межремонтное обслуживание — осмотры, проверки — иногда достигают в год четверти стоимости машины, а трудоемкость капитального ремонта грузового автомобиля в три, а нередко и в четыре раза превышает трудоемкость его изготовления. Показателем масштабов ремонтных работ может служить огромное количество запасных частей, которые выпускаются сотнями заводов и которых тем не менее не хватает.

Если же автомобильные детали изготовлять из сплавов титана, они будут надежными и долговечными. Это позволит значительно сократить ремонты, увеличить срок службы, благодаря чему можно сэкономить многие миллионы рублей. Наиболее целесообразно использовать титановые сплавы для деталей двигателей, несущей конструкции и ходовой части, причем самыми подходящими сплавами для деталей двигателя являются высокопрочные и жаропрочные титановые композиции, для несущих конструкций ~ сплавы средней прочности, а для ходовой части автомобилей — высокопрочные сплавы.

Замена стали титаном при производстве рам, осей грузовиков и автоприцепов позволит увеличить полезную грузоподъемность и срок службы, уменьшить износ покрышек, расход горючего, сократить затраты на ремонт и простои, что в конечном итоге не. только окупит стоимость титановых сплавов, но и даст существенную экономию средств. Снижение массы грузового транспорта всего на один килограмм увеличивает полезную нагрузку на сумму в несколько рублей.

Титан дает возможность уменьшить массу железнодорожных вагонов и тем самым снизить расход энергии, необходимой для их передвижения. Благодаря снижению общей массы подвижного состава становится возможным уменьшить габариты вагонных шеек и букс. Одна из зарубежных фирм — производителей железнодорожных вагонов — предполагает, что уменьшение массы вагона на 450 килограммов даст экономию в 2000 долларов. Другая фирма уже использует титановые сплавы в турбине поезда, развивающего скорость 260 километров в час.

СПЛАВ "ПОМНИТ”.

В самые последние годы у титана обнаружилось свойство, о котором прежде никто даже не догадывался: сплав этого металла с никелем (в соотношении 1 :1) обладает редкой и удивительной способностью "запоминать” форму. Изделие из такого сплава можно изогнуть, скрутить. Пройдет много времени, но стоит нагреть сплав до определенной температуры, как изделие ”вспомнит” свой первоначальный вид и распрямится (или изогнется, если его перед этим выпрямили).

Такие сплавы у нас в стране называются ”ТН”, за рубежом — ”нитинол”. В обоих названиях использованы первые буквы или слоги металлов, из которых изготовлены сплавы: соответственно титан и никель, никель и титан.

Первой областью применения свойства ”памяти” титана стали космические исследования: компактно упакованную антенну, занимающую совсем мало места, помещают в искусственный спутник Земли или межпланетный корабль, а в открытом космосе нагревают до нужной температуры и антенна растягивается на многие десятки метров. Нагревают ее, разумеется, не в печи, а пропуская через металл электрический ток.

Но немало работы найдется этим сплавам и на земле.

На большой глубине в нефтяной скважине проржавела труба и вместе с нефтью наверх стали поступать соленые грунтовые воды. Авария! Надо быстро принять меры. Быстро! . . Легко сказать. Чуть ли не месяц уходит на ремонт одной обсадной колонны: трубы надо поднять с глубины, доставить к месту ремонта, устранить неисправность, затем отвезти на место и, снова смонтировав, опустить на нужную глубину.

Сотрудниками института ТатНИПИнефть (г. Бугульма) разработана технология дистанционного латания поврежденных труб на нефтяных и газовых промыслах. Трубы остаются на местах, в внутрь скважины опускают "пластырь” из никелида титана. Спиральный электронагреватель разогревает вставленную в нужное место оболочку и та, "вспомнив” свою первоначальную форму, расширяется и плотно закрывает отверстие. Просто? Да! Экономично? Еще как! Стоимость ремонтных работ сокращается в 5 раз.

Но это не единственная область применения новых сплавов на земле. Благодаря им можно создать заклепки, которые не нужно расплющивать. Достаточно только вставить их в отверстие и нагреть — заклепки расплющатся сами. Такие заклепки крайне необходимы при сборке узлов конструкций в труднодоступных местах. И не следует думать, будто никелид титана можно использовать всего лишь несколько раз. Изделие из этого сплава при нагреве и охлаждении может безотказно сгибаться и разгибаться десятки, сотни тысяч раз. Стало быть, брусок сплава можно длительное время использовать как рычаг или клапан, где тепловая энергия непосредственно будет превращаться в механическую работу. Этот материал нужен чувствительным термомеханическим датчикам, противоударным устройствам, химическому оборудованию. Короче говоря, перед новыми сплавами большое поле деятельности!

ОТ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ ДО АВТОРУЧЕК.

В атомной промышленности титан не получил широкого применения. Однако наряду с цирконием его используют за рубежом в атомных спец- установках; в сплаве с ванадием рекомендуют в качестве возможного материала для оболочек реакторов на быстрых нейтронах. Титановый сплав, легированный алюминием, цирконием и углеродом, предложен для применения в атомных электростанциях.

Испытания целого ряда металлов с целью определения их пригодности для работы в конструкции ядерных реакторов с водяным охлаждением показали, что в охлаждающей воде таких установок, содержащей радиоактивные вещества, титан является одним из самых стойких металлов. Очень важно, что он в отличие от многих других материалов не разрушается под действием электрического тока, возникающего при химических реакциях.

В Англии получен патент на футеровку ядерных реакторов водного типа пористыми или перфорированными тонкими листами титана. Из этого металла также изготовляют стержни для контроля степени поглощения нейтронов.

Титан используют в химическом сепарационном производстве, где элементы ядерно го топлива растворены в азотной кислоте.

Имеется опыт успешного применения титана в установках для получения плазмы. Ученые Института атомной энергии имени И.В. Курчатова сообщают о безотказной работе титановых электродов в одной из таких установок.

Гораздо большее применение находит металл в приборостроении. Например, в США из титана изготовляют не тускнеющие, практически вечные зеркала для телескопов национальной обсерватории в Аризоне; в Японии его широко используют для изготовления затворов кинокамер и фотоаппаратов, мембран телефонов. На титановые конденсаторные микрофоны влияние изменений температуры сказывается в значительно меньшей степени, чем на стальные. Гибкие титановые трубки разработаны для бронирования кабелей. Компанией ”Вестингауз” подсчитано, что применение для этой цели титана вместо стали дает на каждый двухкилометровый пролет более 10 тысяч долларов экономии.

В электронной технике очень ценной оказалась способность титана при высоких температурах поглощать и связывать различные газы, благодаря чему удается получить в замкнутом пространстве прибора совершенный вакуум. Титан помещают, скажем, в электроннолучевую трубку еще до того, как из нее через отверстие начнут насосом выкачивать воздух. Когда же воздух выкачают, а отверстие запаяют, токами высокой частоты расплавляют находящийся внутри сосуда титан и тот жадно "схватывает” все оставшиеся после механической откачки атомы азота, кислорода, водорода.

Установлено, что по сравнению с барием титан позволяет достичь более высокого вакуума (почти в 40 раз). Именно это свойство титана успешно используют в конструкции специальных геттерно-ионных насосов, позволяющих искусственно получать на земле сверхвысокий вакуум межпланетного пространства.

Титан применяется для изготовления анодов высоковольтных кенотронов и катодов поляризационных электролитических конденсаторов, что существенно увеличивает срок их службы, используется в производстве полупроводниковых выпрямителей. В термоионных преобразователях находят применение титановые диски; снаружи эти приборы также окружены слоем титана, поверх которого нанесена оболочка из керамики. Поскольку при нагреве титан расширяется не в большей степени, чем керамические материалы, его с успехом используют при изготовлении электронных трубок микроскопических размеров.

Ведутся исследования по применению титана и его оксидов в тонкопленочных интегральных схемах. Рассчитывают, что использование именно таких пленок в сложных электронных приборах позволит делать их еще более миниатюрными, более надежными. Проводится работа по использованию особо чистого металла в производстве тонкопленочных конденсаторов.

Недавно было установлено, что применение титана в качестве материала для сетки электронных ламп снижает до минимума электронную эмиссию; это очень важно для улучшения параметров.

В Харьковском физико-техническом институте Академии наук СССР успешно завершены испытания установки ”Булат-4”, которая станет одевать в надежную броню детали машин и механизмов. Главным рабочим органом установки служит так называемый плазменный ускоритель с электродом из титана. Испаряясь при огромной температуре, титан взаимодействует с азотом и оседает на деталях ровной тонкой пленкой. В результате их прочность возрастает более чем в два раза.

Из титана изготовляют множество опытно-экспериментальных изделий, выпускаемых в небольших количествах: инвентарь для участников антарктических экспедиций, снаряжение для пожарных и альпинистов (которые особенно чувствуют каждый лишний грамм веса), теннисные ракетки, шары и клюшки для игры в гольф (в США), лыжные палки и садовые инструменты.

Иногда из нового металла изготовляют ружья для подводной охоты, мачты гоночных яхт. Отправляясь на опасное для жизни задание, американские агенты полиции нередко надевают под пиджаки и рубашки тонкие пуленепробиваемые жилеты из титанового сплава.

В общем машиностроении титан применяют при изготовлении пружин и диафрагм благодаря его высокой упругости. Предполагают, что металл станет конструкционным материалом для деталей штампов.

Всем известно, что шариковой ручкой можно писать только в том положении, когда пишущий узел обращен К земле. Наклоненная горизонтально (и уж, конечно, будучи перевернутой) ручка перестает писать, так как паста не вытекает. Изливаться же пасту заставляет земное тяготение и, казалось бы, в космосе, шариковые ручки совершенно непригодны. Но нет.

По заданию американского национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (сокращенно называемого НАСА) создана шариковая ручка, которой космонавты делают записи в условиях невесомости. Паста в ней находится под давлением и достаточно легкого прикосновения к бумаге, чтобы пишущая масса выделилась безо всякого труда. Корпус такой ручки отливает темно-серым металлическим блеском. Да, верно, он — из титана. И титановые ручки становятся доступными не только космонавтам.

"Перьевая не сдается” — под таким заголовком в одном из журналов появилось сообщение, рассказывающее о борьбе между шариковой и перьевой авторучками на американском рынке. Вот это сообщение.

"Несмотря на победное шествие шариковой ручки, перьевая не сдает своих позиций — ее устройство непрерывно совершенствуется. Вслед за сменными патронами с чернилами появилось перо, представляющее собой продолжение корпуса, отштампованного из титанового сплава — коррозионно устойчивого и вдвое более легкого, чем сталь. Под кончиком такого "пера” — переключающее устройство, позволяющее писать с легким и средним нажимом или же со средним и сильным”.