Металлы и человек

Нелегко получить чистый марганец. При восстановлении его углем из окислов он вступает в соединение с углеродом, образуя карбид, который загрязняет получаемый металл. Только методами алюминотермии можно получить сравнительно чистый металл. Для этого порошок окислов марганца смешивают с порошком алюминия Смесь поджигают. Алюминий отнимает кислород у марганца, восстанавливая металл. Возможен и электролизный способ получения этого металла.

Но очень редко получают чистый марганец. Ведь подавляющая часть его, почти 95 процентов, идет в металлургическую промышленность— мы не раз упоминали о том, что раскисление сталей и чугунов производится добавкой марганца. Марганец содержится во всех без исключения видах сталей и чугунов. Повышение его содержания до 13–14 процентов делает сталь особенно износоустойчивой. Но для этих целей вовсе не нужен чистый марганец. Отлично устраивает и сплав его с железом, содержащий 70–80 процентов марганца, — так называемый ферромарганец.

Выплавляют ферромарганец из марганцевой руды в обыкновенных доменных печах, только температуру в них приходится при этом держать более высокую, чем при плавке чугуна. Высококачественный ферромарганец для раскисления легированных сталей получают в шахтных дуговых электрических печах.

Можно только приветствовать такой аппетит!

Металлургов так мало интересовал сам марганец, что они долгое время вообще почти ничего не знали о свойствах его собственных сплавов. «Хрупкий металл, — определили они, — неспособный для самостоятельной деятельности. Лишь в качестве добавки к другим металлам имеет он право на существование…» И только в 1917 году русские ученые С. Ф. Жемчужный и В. К. Петрашевич обнаружили, что уже незначительные примеси меди — около 3,5 процента — делают марганец пластичным. Дальнейшие исследования показали, что пластичность сообщают марганцу также добавки никеля, железа и кобальта.

А сегодня металлурги уже считают, что сплавы марганца с железом, никелем, цинком, помимо ряда специальных ценных свойств, обладают и отличными механическими качествами. Так, сплав, содержащий около 90 процентов марганца и 10 процентов меди, обладает пределом прочности на разрыв в 55 кг на кв. мм. Мы знаем, это совсем неплохо. По своим свойствам сплавы марганца способны в целом ряде случаев заменить латуни, мельхиор и т. д. И, вероятно, будут заменять их все решительнее.

Сплавы марганца с медью и никелем нельзя назвать звонкими. Из них не отольешь колокол, а если бы кто-нибудь все-таки отлил, звонить такой колокол не станет. Ударит по нему молоток, раздастся короткий глухой звук — и все. Колебания стремительно затухнут. Это свойство поглощать энергию колебаний называется демпфированием. Названные марганцевые сплавы в высшей степени обладают этим свойством.

Таков марганец — вечный спутник и сосед железа.

Кислоты теряют власть

Хром (его клетка в периодической системе соседствует с марганцем) долго не давался людям. Открыл его в 1797 году французский химик Л. Воклен при разложении красной свинцовой руды, привезенной в Париж русским академиком Палласом. Но в чистом виде этот металл был получен только в 1854 году.

Хром, серовато-белый блестящий металл, видели все. Это им покрыта сверкающая облицовка автомобилей, мотоциклов, велосипедов. Но мало кто знает, что красная окраска похожего на каплю горящей крови рубина и зеленого, как морская вода, изумруда вызывается наличием хрома. Кстати, и имя свое хром получил от греческого слова «краска». Дано оно было ему за яркую окраску его соединений.

Температура плавления хрома выше, чем у большинства металлов, соседствующих с железом и медью: она равна 1910 градусам, но уже при 2480 градусах хром кипит.

Не в пример марганцу, чем чище хром, тем он пластичнее, тем легче поддается механической обработке. Примеси делают его хрупким. На воздухе он очень устойчив. Вспомните обрызганные грязью, в которой каких только нет разъедающих примесей, ободы колес вашего велосипеда: провели вы влажной тряпочкой — снова сияют первоначальным блеском. Ни следа на них коррозии. Даже никель покрывается тусклой пленкой окисла в таких условиях, а хром выдерживает!

Основной потребитель хрома — это, конечно, металлургия. Хром, так же как никель, — важнейший витамин стали. И так же, как марганец, хром в металлургию поступает не в виде химически чистого металла, а в сплавах с железом. Феррохромом называют эти сплавы. Получают их восстановлением хромистого железняка углем в шахтных дуговых электрических печах. В зависимости от требующейся чистоты феррохром могут подвергать дополнительной очистке. Но во всех случаях содержание хрома в сплаве должно составлять не менее 60–65 процентов.

С ним можно встретиться в каждой живописной мастерской.

Крупным потребителем хрома является и машиностроение: красивые, гигиеничные, удобные в уходе хромированные детали встречаются во многих машинах и механизмах, бытовых приборах и устройствах и т. д.

Чистый металлический хром для этих целей получают алюмотермическим восстановлением окиси хрома или электролизом растворов некоторых его солей.

Добавки хрома в стали сообщают им особую твердость, поэтому стали, использующиеся для изготовления режущих инструментов, часто содержат хром. Его там не очень много — от 0,6 до 1,5 процента. Именно из такой хромистой стали изготовляют бесчисленные сверла, резцы, плашки, метчики, хирургические инструменты, калибры, бритвы и т. д.

Твердость хромистой стали делает ее незаменимым материалом и для изготовления шариков подшипников.

Особенно известен среди твердых сплавов хрома стеллит. Он состоит из 30 процентов хрома, 55 процентов кобальта, 12 процентов вольфрама и 3 процентов железа.

Добавки хрома сообщают сталям жаростойкость, кислотоупорность, большую сопротивляемость коррозии. Но эти стали содержат уже значительно больший процент хрома. Так, «нержавейка» на 12,5—18,5 процента состоит из хрома. Жароупорная хромистая сталь содержит 25–35 процентов этого металла. Из этих сталей делают детали паровых турбин, паровых котлов высокого давления и т. д.

Впрочем, далеко не вся добываемая руда хрома идет на выработку этого металла. Значительная часть ее используется для изготовления огнеупорного кирпича: ведь она плавится при очень высокой температуре— около 2200 градусов. Своды стены и поды многих металлургических печей выкладывают из кирпича, в состав которого входит руда хрома.

Целый ряд применений находят и различные соединения хрома. Здесь и красители, и фотоматериалы, и катализаторы для некоторых химических процессов, и лекарства.

Но главное в трудовой жизни этого металла — быть великим помощником стали, облагораживать ее свойства, оказавшись в сплаве с главным металлом, защищать его, будучи нанесенным в качестве покрытия.

А в будущем? Кто скажет, может быть, хрому найдутся и важные самостоятельные роли в могучем ансамбле материалов, которые использует человечество.

Не только для орудийных стволов

Из руды этого металла изготовляли грифели карандашей, такая она мягкая. А в последние годы, научившись отделять ее от всех посторонних примесей, стали применять в качестве твердой смазки. И четыреста лет назад и сейчас она соперничает с графитом.

Внешне эта руда — геологи называют ее молибденитом — очень похожа на руду свинца — свинцовый блеск. Поэтому и название молибдена по-гречески означает «свинец».

Но отнюдь не мягкий характер у таящегося в этой руде металла.

В 1778 году шведский химик К. Шееле впервые получил «молибденовую землю» — окисел молибдена.

Но только в 1895 году удалось выделить чистый молибден.

Молибден занимает клетку периодической системы элементов, расположенную сразу под хромом. Поэтому их химические свойства очень похожи. Но физические свойства молибдена очень отличны от хрома.