ШЕЙПАК-2 часть

тали, что при пропускании тока через раствор электроны будут соединяться с ионами, образуя алюминий. После ряда опытов и анализа литературных источников по аналогичным проблемам с другими металлами Холл пришел к идее подобрать в качестве электролита смесь солей для обеспечения процесса с более низкой температурой. В конце концов он остановился на криолите – смеси фторидов натрия и алюминия. Холл установил, что окись алюминия легко растворяется в криолите. Далее последовали эксперименты по подбору оптимального материала для плавильного тигля. Таким материалом оказался графит. 23 февраля 1886 г. Холл получил чистый металлический алюминий. Он сделал это открытие в возрасте 22 лет, через 8 месяцев после окончания колледжа. Одновременно с Холлом аналогичные работы проводил француз Поль Эру, который в апреле 1886 г. запатентовал во Франции свое изобретение. Современный способ промышленного производства алюминия электролизом криолитоглиноземного расплава носит название Холла-Эру.

2.2.4. ПЛАТИНА

Платина, тяжелый тугоплавкий материал, плотность 21 450 кг/м куб., температура плавления 1769 °С. Имеются сведения, что самородная платина (твердые растворы ряда металлов в платине) в древности была известна в Египте, Эфиопии, Греции и в Южной Америке. Испанские конкистадоры обнаружили в Южной Америке вместе с самородным золотом очень тяжелый белый тусклый металл, который не удавалось расплавить. Испанцы назвали его платиной (серебришко) - уменьшительным от испанского plato - серебро. В 1744 г. образцы платины были привезены в Англию испанским морским офицером Антонио де Ульоа, вызвав живой интерес ученых Европы. Самостоятельным металлом платину признали в середине XVIII в., считая раньше белым золотом.

Вскоре нашлись мошенники, которые, выяснив, что платина легко и надежно соединяется с золотом, стали чеканить из сплава этих металлов монеты. Одна из таких «фальшивых» монет испанской Америки в 2 эскудо содержала до 32% платины. Рискнули даже выпустить некоторые эскудо полностью из платины. Эти «подделки» считают желанной находкой все нумизматы.

Когда до испанского короля дошли известия о монетных проделках, он приказал вовсе избавиться от платины. В 1735 г. по королевскому указу в Колумбии монетные колониальные центры стали в присутствии многочисленных зрителей выбрасывать платину в море, а также в реки Богота и Каука. Тогда испанцы отправили на дно от 3 до 7 т платины примерно на 26-60 млн. долл. В наше время неоднократно пытались извлечь затопленный металл, однако попытки не принесли успеха: вода и наносы надежно укрыли платину. Королевское же распоряжение было отменено через 40 лет, когда мадридские власти приказали доставлять платину в Испанию, чтобы самим фальсифицировать золотые и серебряные монеты. Тогда бе-

81

лый металл и обрел определенную ценность. В 1820 г. в Европу было доставлено 3 - 7 т платины. Здесь с нею познакомились алхимики, непререкаемо считавшие самым тяжелым металлом на земле золото. Но платина, обладая небывалой плотностью, оказалась тяжелее золота. Это шло вразрез с алхимическими постулатами, и поэтому платина была провозглашена исчадием ада, ни на что непригодным и даже вредным металлом.

Платине нашли некоторое применение в пору Великой французской революции, когда вводили метрическую систему мер. Пять лет астрономы и геодезисты скрупулезно измеряли дугу меридиана от Дюнкерка до Барселоны. По этим измерениям в 1799 г. изготовили платиновую линейку, которую назвали архивным метром, или метром архива. Впоследствии из платины с добавлением 10% иридия выполнили гирю - прототип килограмма. С тех пор платино-иридиевый эталон килограмма не менялся, а вот эталон метра теперь составляет 1650763,73 длины волны оранжевого излучения изотопа криптона.

В России платину обнаружили впервые в 1819 г., промывая золотоносные породы на Урале. Тяжелые зерна платины сначала стали использовать как дробь для стрельбы. Уральские россыпи вывели Россию по добыче платины на первое место в мире. Страна получала в год свыше 1550 кг металла - в 1,5 раза больше, чем в Южной Америке добыли с 1741 по 1825 г. В России появилось настолько много платины, что тогдашний министр финансов Е. Ф. Канкрин предложил чеканить из нее монеты. Хотя в пору чеканки монет из платины она была втрое дешевле золота, но уже ценилась впятеро дороже, чем серебро, поэтому добычу на Урале стали быстро развивать, и только за один, 1843 г. здесь получили 3500 кг платины.

Постепенно платину стали использовать ювелиры. До Второй мировой войны ювелиры использовали свыше половины всей получаемой платины. Сейчас на их долю приходится немногим более 1/3 драгоценного металла. Тем не менее, спрос на платину для украшении остается высоким.

Платина в силу стабильности термоэлектрических и механических свойств, дополняемых высочайшей коррозионной и термической стойкостью, незаменима для современной электротехники, радиотехники, точного приборостроения, самолетостроения, автоматики и телемеханики. Сотни технологий не могут обойтись без платины.

Платиновые катализаторы ускоряют разные химические реакции в миллионы раз, хотя поведение платины в этом качестве еще не в полной мере объяснимо, поскольку она сама по себе не обладает химической активностью и очень инертна, но как катализатор действует лучше любого другого металла.

Стремительно расширяется использование каталитических свойств платины в автомобилестроении. Речь идет об очистителях выхлопных газов, или фильтрах-нейтрализаторах, впервые созданных в США в 1974 г. на основе платины и ее родственников — родия и палладия.

82

2.2.5. СПЛАВЫ, УДОСТОЕННЫЕ НОБЕЛЕВСКОЙ ПРЕМИИ

Шарль Эдуард Гильом был известным метрологом, создавшим платиноиридиевые эталоны метра. Эти металлические стержни не применялись после создания Альбертом Майкельсоном интерферометра, с использованием которого удалось создать новый эталон на оптической основе. Однако, эталоны других единиц измерения оставались в виде металлических образцов.

В 1899 г. Гильом начал исследовать сплавы никеля со сталью В зависимости от состава он получил материалы различного качества. Сплав «инвар» (от латинского «инвариабилис» – неизменный) практически не испытывал линейного расширения при нагревании. Другой сплав, «элинвар», сохранял неизменной в широком интервале температур эластичность.

Исследования Гильома сплавов никеля со сталью явились существенным вкладом в метрологию. Этот вклад был отмечен присуждением ученому Нобелевской премии по физике за 1920 г. Работы Гильома имели важное значение и для практики. Миллионы прекрасных часов изготавливаются из специальных сплавов, созданных швейцарским физиком.[9]

2.3.ЛИТЬЕ

2.3.1.ОСНОВНЫЕ ВЕХИ В РАЗВИТИИ ЛИТЬЯ

Первые отливки были получены при помощи каменных форм, сделанных из одного или нескольких кусков камня. Затем последовала технология литья по выплавляемым восковым моделям. В средние в. появилась и постоянно совершенствовалась технология изготовления формы путем прессования из увлажненного песка с небольшим содержанием клеящих веществ. Для скрепления частиц песка методом проб и ошибок подбирались разнообразные связывающие вещества. Литье в кокиль появилось в Северном Причерноморье в связи с необходимостью создания массового производства бронзовых наконечников для стрел. Затем литье в металлические формы было забыто. Вновь литье в кокиль возникло в Англии и России в XVII в. для производства чугунных ядер. Новшества подачи жидкого металл в литейную форму принесли методы литья под давлением, центробежное литье и, особенно, вакуумное литье.

Самая древняя известная историкам медная отливка - топор, полученный литьем в открытую каменную форму, насчитывает уже семь тысячелетий. Многие археологи считают, что первым технологическим процессом было литье, однако самородный металл (золото, медь и метеоритное железо) скорее всего, обрабатывался методом холодной ковки с применением двух камней: прообразов наковальни и молота.

После выплавки металла грубый кусок меди превращался кузнецом в окончательный продукт: оружие или орудие. Для получения отливки требовалось из песка, глины или камня сделать форму и найти способ прида-

83

ния ее внутренним полостям необходимой конфигурации. Даже при отливке самого простого изделия форма должна состоять не менее чем из двух частей, которые должны соединяться воедино для заливки расплавленного металла. Как правило, после отливки получается заготовка, а не готовое изделие, и ее подвергают различным операциям: опиловке, заточке на камне, ковке и т. д.

Разумеется, не все люди умели выплавлять медь из камней или получать бронзу. Не все умели строить плавильные печи и делать литейные формы. Люди, скорее всего, полагали, что превращение камней в металл происходит под действием колдовства. Поэтому работа часто сопровождалась различными обрядами и чародейством. Человек, выплавляющий металл, ощущал себя волшебником. Когда он чувствовал, что силы покидают его, то передавал свое мастерство сыну или племяннику. Таким образом, мастерство переходило из поколения в поколение. При этом иногда секреты мастерства пополнялись, а иногда терялись. Процесс отливки колокола показан в великолепном фильме Андрея Тарковского «Андрей Рублев».

В одном из экспериментов археологи использовали для отливки бронзового серпа половину оригинальной каменной формы, для которой изготовили парную форму. Обе части формы высушили при температуре 150°С и лили бронзу при температуре 1150°С. Затем провели аналогичный эксперимент с бронзовым топором, получив прекрасную отливку без малейшего повреждения формы.

При производстве предметов более сложной конфигурации древние литейщики использовали технику литья по выплавляемой модели. Восковая модель обмазывалась глиной. При обжиге воск вытекал, затем его замещала бронза. Однако для получения изделия форму приходилось разбивать Отливка медного бубенчика из стоянки первого тысячелетия до н.э. оказалась сложной операцией, для выполнения которой пришлось с помощью соломок сделать в форме несколько отверстий для выхода газов.

Некоторые старинные технологические приемы забывались и переоткрывались заново. Так древние литейщики в 4 тысячелетии до н.э. (Болгария, Германия) получали прекрасные литые изделия из меди. Археологи не обнаружили литейных форм. Была выдвинута гипотеза о применении графитовых литейных форм, которые сгорают в изложницах. Она была подтверждена в лаборатории структурного анализа кафедры археологии МГУ при металлографическом исследовании древнего литья. Метод был заново изобретен в ХХ в. в связи с литьем титановых сплавов.

2.3.2. КОЛОКОЛА И ПУШКИ

Колокола и пушки были основными изделиями литейного производства многие столетия во всех странах мира. Применялись специальные материалы: колокольная бронза, пушечная бронза. И колокола, и пушки отливались почти из одного и того же сплава. Как стратегическое сырье колокольный металл запрещалось экспортировать. Указом 1525 г. англий-

84

ский король Генрих VIII грозил за это смертной казнью. В годину военных неудач колокола превращались в пушки — так по приказу Петра I вооружалась русская артиллерия после поражения под Нарвой. В годы побед трофейные пушки переливались в колокола — так родились и венский «Башмачник Михель», и кёльнский «Кайзер-колокол». Они умерли, вновь обратившись в орудия. Много лет спустя в Италии из пушек всех стран, применявшихся в Первой мировой войне, был отлит «Колокол смерти» — он звучит по ночам в память павших в тяжелые годы.

Предки колоколов, бубенчики, существовали с доисторических времен во многих странах мира. С VII в. колокола становятся неотъемлемой деталью европейского города, с IX в. — и европейского села. В 865 г. венецианский дож прислал в Константинополь в подарок византийскому императору Михаилу дюжину медных колоколов, которые повесили в специальной башне рядом с Софийским собором. До этого в Византии христиан на молитву приглашали с помощью била. Било – металлическая доска, по которой ударяли колотушкой. Из Константинополя колокола стали распространяться на север. В 988 г. они появились на Руси. Однако, только в XII в. в летописи появляется сообщение о первых колоколах, отлитых русскими мастерами. А в Московском государстве производство колоколов достигло высочайшего мастерства. Зарубежные гости писали: «Подобной величины колоколов и такой красоты нельзя найти в другом царстве во всем мире» [25, 26] .

Рядом с русскими колоколами-великанами нельзя поставить ни один из европейских. Такое сравнение не правомерно. Манеры колокольного звона у нас и на Западе различны. На Руси «бьют в колокола», раскачивая языки. Во многих странах Запада колокола как бы звонят сами, раскачиваясь и ударяясь боками о свободно висящий язык. Раскачать колокол безусловно гораздо труднее, чем язык. Именно в этом состоит причина, по которым в странах Европы редко встречаются колокола весом более тысячи пудов.

Технология отливки колоколов на Востоке и на Западе примерно одинаковы. Сначала полый сердечник будущей литейной формы выкладывают в литейной яме, затем обмазывают смесью глины и песка, нанося ее тонкими слоями. С помощью шаблонов, вращающихся вокруг вертикальной оси, сердечнику придают симметричную форму, соответствующую внутреннему профилю колокола. Внутри полого кирпичного остова разводят огонь и хорошенько просушивают глиняную обмазку сердечника — слой за слоем. Сверху по нему затем выкладывают глиняную рубашку — фальшивый колокол, в точности повторяющий своими очертаниями настоящий. Внешнюю его поверхность скругляют и выравнивают другим шаблоном. Фальшивый колокол также просушивают и затем одевают глиняным кожухом, охватывая для прочности железными обручами. После этого снимают кожух, удаляют фальшивый колокол, снова надевают кожух, стараясь поточнее установить его на прежнее место. Литейная форма — полость

85

между сердечником и кожухом. Технология изготовления колокола замечательно описана Фридрихом Шиллером (в песне о колоколе) в переводе И. Миримского. Стихотворения и поэмы колоколу посвящали многие поэты (Данте, Мильтон, Шекспир, Гете, Эдгар По, Гауптман, Мур, Козлов), но Шиллер скрупулезно изучил весь ход отливки колокола. Изучение проводилось не только по книгам. В небольшом немецком городе Рудольштадте он часто бывал в гостях у Якоба Майера, владельца литейной мастерской. Устроившись в углу на стуле с высокой спинкой, поэт подолгу наблюдал за работой литейщиков. Процесс литья Шиллер описывает весьма верно, в нескольких местах для точности даже прибегая к специальной терминологии. Особенно это присуще оригиналу, ибо стихотворный перевод всегда представляет большие трудности. В нашем случае надо было передать и поэтическую красоту, и техническую точность.

Вот уж форма затвердела, Обожженная огнем. Веселей, друзья, за дело — Выльем колокол! Начнем!

Пусть горячий пот По лицу течет,—

Труд наш, если Бог поможет, Славу мастера умножит. Больше в яму положите Дров сосновых, дров сухих, Чтобы сжатое в укрытье Пламя охватило их.

Медь сперва расплавь, Олова прибавь,

Чтобы к вящей нашей славе Все слилось в едином сплаве. Цель все ближе час от часу: Плавка в блестках пузырей. Поташу прибавьте в массу, Чтобы плавилась быстрей.

Живо, не зевай! Пену всю снимай!

Чтоб металл и наших внуков Трогал чистотою звуков. Смесь бурлит водоворотом, Стержень опущу в струю, Чуть покроется налетом — Время приступать к литью.

А теперь ковшом Пробу зачерпнем

И проверим живо, все ли

86

Там слилось по нашей воле. Смесь давно уже поспела:

Вформу слить металл горячий! Форма налита, как чаша, Славно потрудились мы!

Но каким созданье наше Выйдет в божий свет из тьмы?

Вдруг да сплав не тот? Вдруг да газ пройдет?

И пока работа длится,

Вдвери к нам беда стучится. Разберите бревна сруба, Отслужил — долой его! Ах, как сердцу видеть любо Смелой мысли торжество!

Бей по форме, бей! Смело, не робей!

Чтобы мира вестник новый Нам явился без покрова! Боже, радость нам какая! Вот, по милости творца, Колокол стоит, сверкая От ушка и до венца.

Зорькой золотой Блещет шлем литой,

И в гербе горит реченье, Славя новое творенье. Ну-ка, дружно за канаты! Вознесем его в простор,

Вцарство звуков, под богатый Голубых небес шатер!

Взяли! Разом! В ход Тронулся! Идет!

Пусть раздастся громче, шире Первый звон его о Мире!

Сначала литьем колоколов занимались монахи. Затем появились самостоятельные мастера, которых заказчик — город или монастырь — при-

87

глашал к себе, предоставляя жилье и питание. Заказ выполнялся прямо на месте. Но в XV в. произошли перемены: приглашения от городов и общин поступают все реже, а от богатых феодалов и воинственных королей просто отбою нет. Литейщики получают баснословные барыши, их награждают пышными титулами, однако требуют, чтобы мастер безотлучно находился при литейном производстве. Такая перемена объясняется бурным развитием артиллерии.

В предыдущем, XIV в., произошел настоящий переворот в военном деле: был изобретен порох, освоена технология крупного литья, зародилась артиллерия. Армия, не желавшая отстать от времени, старалась обзавестись пушками. Кому же было доверить их литье, как не колокольным мастерам с их вековым опытом литейного дела? Вот почему так охотились за ними воинственные властители, приманивая их высокими заработками и пышными титулами. А города перестали приглашать их из боязни быть заподозренными в военных приготовлениях. Секреты мирного ремесла становились военными тайнами. Чтобы они не становились известными соперникам и неприятелям, проще всего было посадить под замок хранителей тайн. Вот почему в XV в. мастера колокольного и пушечного дела становятся оседлыми. В Москве Пушечная изба возникла в 1475 г. на месте нынешней Пушечной улице.

Всемирно известные памятники русского литейного дела – Царьпушка и Царь-колокол были отлиты в Москве.

Царь-пушка была изготовлена знаменитым литейщиком Андреем Чоховым, создавшим целую школу мастеров литейного дела, в 1586 г. Масса отливки составляет около 40 т. Длина орудия – 5 м 34 см, наружный диаметр ствола – 120 см. Ствол, отлитый из высококачественной бронзы, украшен фигурами и надписями. Дульная часть ствола имеет внутренний диаметр 92 см, казенная часть – 44 см. По усройству ствола это орудие близко к мортирам. В течение более чем четырехстолетнего существования Царь-пушка несколько раз меняла свое местоположение и реставрировалась. Это орудие, из которого никогда не стреляли, всегда в центре внимания многочисленных посетителей Кремля: и москвичей и гостей столицы. Царь-пушку следует отнести скорее к произведениям художественного литья, чем к оружию.

«Недалеко от Ивана Великого стоит еще башня с толстыми перекладинами, на коих висит громадный колокол более чем в 394 000 фунтов, один лишь язык его весит 10 000 фунтов. Колокол в ширину двадцать три фута, а в толщину два фута; раскачивают его пятьдесят человек с двух сторон. Звонят в него редко — только по большим праздникам, да при приеме послов. Он издает столь сильный звук, что дрожит земля».

«И когда в него звонят, можно оглохнуть, если стоять близко».

«В прошлом г. царь приказал звонить во все колокола в городе, потом зазвонили в этот колокол, и его звук покрыл все те. Царь послал всадников

88

узнать, как далеко доходит его звук, и оказалось, как они нашли, около семи верст».

Эти три абзаца описывают одного из предшественников Царяколокола. Этот колокол весом в 2100 пудов был изготовлен в 1599 г. по указу Бориса Годунова литейщиком Андреем Чоховым. «Прадед» нынешнего Царя-колокола, он висел на двухсаженной деревянной башне близ колокольни. Во время одного из кремлевских пожаров огромный колокол упал и разбился. В 1651 г. царь Алексей Михайлович задумал отлить новый колокол взамен разбившегося — весом в 8 тыс. пудов. Предполагалось поручить эту работу Гансу Фальку, мастеру из Нюрнберга. Фальк брался выполнить заказ за 5 лет и просил поставить ему сполна все 8 тыс. пудов колокольного металла: бронза старого колокола, по его мнению, для отливки нового не годилась. Узнав об этом, несколько русских мастеров попросили государя поручить им «большое колокольное дело». Литейщик Емельян Данилов в 1654 г. изготовил новый колокол за один год, употребив в дело лом старого. Повесили его на деревянных подмостьях на прежнем месте.

«Дед» Царя-колокола звучал лишь несколько месяцев - в том же 1654 г. он разбился от неловкого удара. Емельяна Данилова уже не было тогда в живых. Стали искать, кто мог бы перелить громадный колокол. Вызвался Александр Григорьев, впоследствие знаменитый колокольный мастер, в ту пору еще никому не известный юноша — «малорослый, тщедушный, худой, моложе двадцати лет, совсем еще безбородый» (так описывает его Павел Алеппский, сирийский путешественник, гостивший тогда в Москве). Григорьев блестяще справился с ответственным делом — колокол был готов за десять месяцев. Однако подняли и подвесили его только в 1668 г. — настолько это было трудоемкое дело.

В 1701 г. колокол-великан стал жертвой большого московского пожара. Его осколки долго лежали посреди Кремля. В 1730 г. вскоре после своего воцарения Анна Иоанновна, императрица российская, повелела «тот колокол перелить вновь с пополнением, чтобы в нем в отделке было десять тысяч пудов». И вновь повторилась примерно та же история, что и во времена Алексея Михайловича. Сначала предполагалось поручить отливку иноземному мастеру, члену Парижской Академии наук Жерменю, но тот, услыхав о весе будущего колокола, счел, что его разыгрывают. Тогда за дело взялись «артиллерийского ведомства колокольный мастер» Иван Федорович Моторин с сыном Михаилом—представители славной династии русских литейщиков. Вес колокола по их проекту должен был составить 12 тыс. пудов.

С января 1733 г. по ноябрь 1734 г. проводились подготовительные работы, а когда началось литье, случилась беда: в трех из четырех печей произошла авария. Иван Моторин вновь было принялся за работу, но вскоре умер. В 1735 г. исполинский колокол отлил его сын Михаил с помощниками. Стали сооружать леса для подъема колокола-гиганта, но в 1737 г.

89

в Москве случился новый страшный пожар; боясь, что колокол расплавится, сбежавшийся народ стал заливать его водой, раскаленный металл треснул, и от колокола отвалился кусок. Царь-колокол пребывал в земле почти сто лет. Не раз его пытались извлечь из литейной ямы — в 1792 г., при Екатерине II; в 1812 г., по приказу Наполеона, который хотел увезти московскую диковинку в Париж в качестве трофея; в 1819 г., при Александре I

— но все попытки кончались неудачей. В 1821 г. яму расчистили, вниз вдоль стенки провели лестницу с перилами, чтобы хоть так сделать чудоколокол доступным для всеобщего обозрения. В 1836 г. Царь-колокол был поднят и установлен на гранитном пьедестале. Для этого понадобилось 20 кабестанов, каждый из которых приводился в движение усилиями шестнадцати солдат. Руководил подъемом Огюст Монферран — строитель Исаакиевского собора.

Царь-колокол весит около 202 т; его высота составляет 6,14 м, диаметр основания — 6,60 м. Вес отколовшегося осколка — 11,5 т [26].

В знаменитом музее колоколов в австрийском городе Инсбруке наш Царь-колокол занимает в экспозиции почетное место. Узнав, что один из посетителей - москвич, работники музея оказали ему много внимания.

Уральская «Царь-пушка»

После Крымской войны царское правительство решило усилить береговую оборону. В 60-х годах был только что построен Пермский чугунолитейный завод. Первые же орудия, отлитые на этом заводе, выдержали тройную пробу и были официально признаны лучшими из всех чугунных пушек русской артиллерии. Морское ведомство заказало на заводе три крепостных орудия калибром

20дюймов.

Вмарте 1869 г. петербургские «Биржевые ведомости» писали: «…Начальник артиллерийской части Кронштадтского порта генерал-майор Ф.В.Пестич ездил в Пермь для испытания отлитого там нового 20-дюймового орудия. Опыты, произведенные им, увенчались полнейшим успехом. Это гигантское орудие, над которым, кажется, безуспешно трудились американцы, благополучно отлито на Пермском чугунолитейном заводе в трех верстах от Перми и при пробе выдержало превосходно 314 боевых выстрелов с зарядом в 130 фунтов пороху, выбрасывая снаряд весом в 28 пудов, т.е. в вдвое больше того, который выбрасывался самыми большими 12-дюймовыми английскими пушками. Вновь отлитое орудие, едва ли не самое большое из существующих, имеет 2750 пудов веса (или 44 т, а знаменитая Царь-пушка весит 40 т), поставлено на железный морской станок, спроектированный генералом – майором Пестичем, имеющий около 400 пудов веса. Достаточно сказать, что пробное орудие после

314выстрелов почти так же крепко, как и новое…» Пермские литейщики успешно справились со сложным заданием. К сожа-

лению, история не сохранила их имен. Но времена чугунных гладкоствольных пушек уходили в прошлое. Было изготовлено по заказу Морского ведомства только три экземпляра. Одна из пушек, та самая, на которой проводились испытания, стоит и сейчас в Перми на знаменитом заводе «Мотовилиха», опи-

90