Николай Мезенин - Занимательно о железе

• Название: Занимательно о железе
• Автор: Николай Мезенин
• Издательство: Металлургия
• Жанр: Научпоп
• Год: 1985

Словом «железо» обозначают всю совокупность черных металлов, изделия из чугуна и стали. В сплавах на основе железа сочетаются прочность, пластичность, способность превращаться в изделия любой формы и противостоять ударным нагрузкам, работать при очень низких и довольно высоких температурах.

Книга рассказывает о том главном, чем связаны все металлургические профессии — о железе, металле, который добывают и обрабатывают металлурги многих специальностей. Человеку, выбирающему металлургическую профессию, надо знать больше об истории металла, о том, что связано с его производством, обработкой и использованием.

Читатель встретит в книге любопытные сведения о свойствах железа и его сплавов, узнает биографии железных вещей, познакомится со старинными легендами о железе, с некоторыми новейшими профессиями, с ролью железа в научно-технической революции, заглянет в будущее металлургии.

Книга рассчитана на широкий круг читателей.

---

Прочность чугуна зависит от его графитовой структуры. В особо прочных тонкостенных отливках графит должен содержаться в виде мельчайших шариков, тогда как в толстых деталях имеет форму пластинок. Значит, проблема сложных многопрофильных изделий с тонкими стенками состоит в том, чтобы найти способ постепенного, а иногда и резкого изменения структуры металла.

Ученому удалось найти прямую зависимость структурной формы графита в чугуне от скорости остывания отливок, а следовательно, и от их толщины. Он разработал конструкцию и способ изготовления жестких двухслойных оболочковых форм. Металл в них становится особо прочным в тех плоскостях детали, где это необходимо.

В доменных печах обычно выплавляют чугун двух видов — передельный, который перерабатывают в сталь, и литейный — его отправляют на заводы для отливки деталей различных машин. При переводе печей с плавки передельного чугуна на литейный производительность агрегатов снижается на четверть, растет расход кокса. Ученые разработали и внедрили несколько вариантов производства “синтетического” литейного чугуна. Цель — сократить потери металла и топлива. В домнах плавят передельный чугун и вводят в него специальные присадки. Получается металл, по качеству превосходящий литейный. В нем значительно меньше раковин, а твердость гораздо выше, поэтому на него большой спрос у машиностроителей.

Новые марки чугуна действительно спорят со сталью. Из улучшенного чугуна изготовляют иногда ответственные детали машин. А это очень выгодно, ибо чугун намного дешевле стали. При этом используется ценное свойство чугуна — он лучше отливается в формы, чем сталь, и поэтому процесс получения отливок из него легче и проще. В отечественном машиностроении 74% всех отливок изготовляют из серого чугуна, 3% из ковкого чугуна, 21% из стали и 2% из цветных металлов

Проволока и ее семейство

Металлическое изделие в виде гибкой нити или тонкого прута, именуемого проволокой, известно с давних пор. В древности изготовление проволоки совмещалось с ее обработкой. Считают, что наиболее ранние образцы проволоки изготовлены либо ковкой, либо разрезкой листового металла.

Выковывание проволоки из драгоценных металлов для украшений и железа для изготовления кольчуги производилось до X века. Позже для таких целей стали использовать волочильную доску, которую волочильщик укреплял между двумя столбами, затем садился перед нею на качели, захватывал конец проволоки прикрепленными к поясу клещами у самой доски и, упираясь ногами в столбы, отталкивался назад. Отпустив клещи и согнув ноги, он возвращался в прежнее положение и начинал снова.

Волочение железа появилось в XIII–XIV веках сначала в Германии, а в 1590 году в Англии и Франции. Оно вызвало совершенствование технических средств волочильного производства.

Форма проволоки усложнялась. Появилась волоченая четырехугольная сталь, квадратная или плоскоугольная в разрезе, конусовидная колесная проволока с 6, 7, 8, 10 или 12 желобками. От этого поперечный разрез имел вид маленького зубчатого колеса. Часовщики из этой проволоки делали часовые колеса.

Размеры проволоки со временем также менялись. В середине XIX века английская стальная проволока имела толщину от 0,48 до 0,03 дюйма. В конце XIX века диаметр проволоки колеблется от 0,5 до 0,004 дюйма. В настоящее время проволока изготовляется обычно толщиной от 0,01 до 16 миллиметров, причем проволока диаметром более 5 миллиметров получается на прокатных станах и называется горячекатаной или катанкой. Проволока диаметром меньше 5 миллиметров изготовляется путем волочения катанки и называется холоднокатаной. Катанку после горячей прокатки травят в слабом растворе серной кислоты, известкуют для лучшей смазки и затем волочат на однократном волочильном стане. Катанка разматывается с мотка, проходит через волоку и наматывается на тянущий барабан.

Волочильщик проволоки изучает основы технологического процесса обработки металла волочением, устройство и принцип работы волочильных станов, физические свойства употребляемых металлов, электротехнику и слесарное дело, виды и качество слесарных материалов.

О разнообразии сфер применения проволоки говорит уже одно перечисление ее видов: общего назначения, сварочная, телеграфная, пружинная, бердная (для изготовления одной из основных деталей ткацкого станка — гребня), кордная (металлическая нить для упрочнения кордной ткани автопокрышек), игольная, ремизная (прочная металлическая нить с петельками посередине в ткацком станке), канатная, подшипниковая, кардная (для изготовления стальных изогнутых под углом игл для ленты в чесальных или ворсовальных машинах). Только проволокой, вибрирующей с частотой ультразвука, удастся без сколов и трещин разрезать на тонкие пластины керамику, стекло и другие хрупкие материалы.

В Братиславе (ЧССР) создали материал флексипен — полиэтиленовая пленка, армированная тонкой стальной проволокой. Благодаря ей срок службы пленки увеличился в 6 раз. Такая пленка пригодна для сооружения парников, крыш для временных мастерских и хранилищ зерна.

Американские специалисты предложили делать покрытия аэродромных полос из железобетона, армированного стальными волокнами — обрезками очень тонкой и короткой проволоки. Испытания показали, что такое покрытие не разрушается от перепадов температур, выдерживает большие нагрузки, долговечнее обычного.

Из стальной проволоки ткут полотно. Металл есть металл: ткать его значительно сложнее, чем хлопок или шерсть. Но очень высока практическая ценность микросетки, незаменимой в медицине, химической технологии, при создании электросчетной техники, установок по очистке сточных вод; в мукомольной промышленности она позволяет повысить выход муки высшего сорта.

По производству проволоки и изделий из нее Советский Союз занимает первое место в мире. Особенно увеличился выпуск канатной и пружинной проволоки, проволоки для металлокорда, для армирования железобетонных конструкций, из нержавеющей стали, биметаллической сталемедной. В СССР освоено производство тончайшей проволоки с временным сопротивлением разрыву около 4000 МПа, в лабораторных условиях получена проволока с временным сопротивлением около 5000 МПа. По данным Института металлофизики АН УССР, имеется возможность изготовлять из сплавов на основе железа проволоку с временным сопротивлением более 13 000 МПа.

Канат

Классификатор изобретений СССР, охватывающий все области технического творчества, содержит всего 90 классов. Один из них занимают канаты. Они применяются в грузоподъемных и транспортных машинах, используются и для технических целей.

Канаты имеют давнюю историю. В древности это было просто связанные пучки проволоки. Витые канаты из органических волокон и металлические цепи удовлетворяли промышленность в течение многих веков, вплоть до XIX века. Изобретение подъемных машин потребовало более прочных канатов.

Проволочный витой канат впервые предложил немецкий коммерции советник Альберт в 1834 году. Канат свивался вручную из двенадцати 3,5-миллиметровых проволок и был весьма неуклюж. Тем не менее замена железных цепей и пеньковых канатов в горном деле позволила повысить безопасность работ и увеличить глубину проходки шахт.

Первая машина для свивки металлических канатов появилась в 1840 году в Банска-Штявице (Словакия). До 70-х годов XIX века проволочные канаты подвергали только конструкционным изменениям и продолжали изготовлять из мягкой железной проволоки с пределом прочности 500–700 МПа. Появились шестипрядные канаты крестовой свивки из многопроволочных прядей.

Литую сталь начали использовать для производства канатной проволоки в 1870–1871 годах. Повышение прочности канатов стало возможным благодаря улучшению качества проволоки. В энциклопедическом словаре “Гранат” (1913 год) упоминаются канаты, которые свивались из 300 тонких проволок и имели толщину до 40 миллиметров. А через 40 лет Большая Советская Энциклопедия сообщала о канате из 17 500 проволок диаметром 0,3 миллиметра каждая. Толщина таких канатов, используемых для подвесных мостов, достигает 1500 миллиметров, а прочность на разрыв 96 тысяч тонн.

Россия проволочные канаты почти полностью импортировала. Пионером в создании отечественной сталепроволочной и канатной промышленности является московский завод “Серп и молот”. К 1940 году эта отрасль промышленности полностью удовлетворяла потребности страны.

У каната есть необычные профессии. Создан оригинальный механизм — канатная пила для добычи мрамора и гранита. С ее помощью значительно ускоряется добыча крупных блоков камня из горных массивов. Принцип действия пилы таков: приводная станция через систему блоков движет “бесконечной” длины стальной канат, который и врезается в камень. В качестве ускорителя используется абразивный порошок.