Сергей Венецкий - Рассказы о металлах [4-е изд.]

Этот термин сохранялся в науке и позднее, когда уже стало очевидно, что астрономия и химия связаны не столь прочными узами, как полагали алхимики. Многие ученые еще долго называли полуметаллами те тела, которые по плотности, цвету, форме казались металлами, но не обладали высокой ковкостью, свойственной золоту, серебру, меди, железу, свинцу и олову — элементам, чье металлическое реноме не вызывало сомнений. К полуметаллам относили, например, ртуть, сурьму, висмут, цинк, кобальт. Одним из последних элементов, не сразу допущенных в круг металлов, оказался марганец. Так, в конце июня 1774 года, т. е. вскоре после открытия этого элемента; Шееле отправил Гану письмо, где благодарил его за присланную крупицу марганца и делился своими мыслями: "…считаю, что королек, полученный из пиролюзита, представляет собой полуметалл, отличный от всех остальных полуметаллов и имеющий близкую связь с железом". Но химики со временем отказались от довольно сомнительного термина, и марганец по праву занял место в ряду металлов.

В России марганец начали получать в первой четверти XIX века в виде сплава с железом — ферромарганца. "Горный журнал" в 1825 году упоминал о выплавке стали с применением марганца. С этого времени судьба элемента неразрывно связана с металлургией, которая является сейчас основным потребителем марганцевой руды.

Замечательный русский металлург П.П. Аносов в своем известном труде "О булатах", изданном в 1841 году, описывал исследования сталей с различным содержанием марганца. Для введения его в сталь Аносов использовал ферромарганец, полученный в тиглях. С 1876 года начинается промышленная выплавка ферромарганца в доменных печах Нижнетагильского завода.

Вехой в истории марганца стал 1882 год, когда английский металлург Роберт Гадфильд выплавил сталь с высоким содержанием этого элемента (около 13 %). В 1878 году Гадфильд приступил к исследованию сплавов железа с другими элементами, в частности с марганцем. Спустя четыре года молодой шеффилдский металлург сделал следующую запись в своем исследовательском журнале: "Я начал эти опыты, имея в виду изготовление стали, которая была бы твердой и одновременно вязкой. Опыты привели к некоторым любопытным результатам, весьма важным и способным изменить существующие взгляды металлургов на сплавы железа".

В 1883 году Гадфильду был выдан первый британский патент на марганцовистую сталь, изготовленную присадкой к железу богатого ферромарганца. В последующие годы Гадфильд продолжал изучать проблемы, связанные с марганцовистой сталью. В 1883 году появились его труды "О марганце и его применении в металлургии", "О некоторых вновь открытых свойствах железа и марганца", "О марганцовистой стали". Исследования показали, что закалка в воде придает этой стали новые полезные свойства. Гадфильд получил еще ряд патентов, касающихся термической обработки марганцовистой стали, а в 1901 году им была запатентована конструкция печи, предназначенной для нагрева этой стали перед закалкой.

Сталь Гадфильда быстро получила признание металлургов и машиностроителей. Благодаря высокой износостойкости ее начали применять для изготовления тех деталей, которые в процессе эксплуатации истираются при значительном удельном давлении, — рельсовых крестовин, щек дробилок, шаров шаровых мельниц, гусеничных траков и т. п. Самое удивительное заключалось в том, что под действием нагрузок эта сталь становилась все тверже и тверже. Причина такого странного явления заключается в следующем. После литья в марганцовистой стали по границам зерен, выпадают избыточные карбиды, снижающие ее прочность. Поэтому сталь необходимо подвергать закалке, в результате которой пограничные карбиды растворяются в металле. Во время службы детали вследствие наклепа (под действием нагрузок) в поверхностном слое выделяется углерод — именно этим и объясняется упрочнение стали. Не мудрено, что сталью Гадфильда очень заинтересовались фирмы, выпускающие сейфы и замки.

Свойством самоупрочняться обладает и марганцовистый чугун. Так, экскаваторы, на которых были установлены подшипники из этого чугуна, находились в эксплуатации без ремонта вдвое дольше, чем такие же машины с бронзовыми подшипниками.

В металлургии марганец широко применяют для раскисления и десульфурации стали. Как легирующий элемент он входит в состав пружинных сталей, сталей для нефте- и газопроводных труб, сталей с немагнитными свойствами. Впрочем, вряд ли нужно перечислять стали, содержащие марганец: в том или ином количестве элемент, открытый Ганом, присутствует буквально во всех сталях и чугунах. Не случайно ведь его называют вечным спутником железа. Да и в Периодической системе элементов они занимают соседние клетки № 25 и 26. (Вместе с железом марганец попадает даже… в зубы акулы, но об этом речь пойдет ниже)

После того, как в 1917 году русские ученые С.Ф. Жемчужный и В.К. Петрашевич обнаружили, что уже незначительные добавки меди (около 3,5 %) придают марганцу пластичность, металлурги стали проявлять интерес и к марганцевым сплавам.

В современной технике применяют большое число манганинов — сплавов марганца, меди и никеля, обладающих высоким электрическим сопротивлением, практически не зависящим от температуры. На способности манганина изменять сопротивление в зависимости от давления, которое испытывает сплав, основан принцип действия электрических манометров. В тех случаях, когда нужно измерить давление, например, в несколько десятков тысяч атмосфер, воспользоваться обычным манометром не удается: жидкость или газ под таким напором вырываются сквозь стенки манометрической трубки, как бы прочна она ни была. Электрический же манометр успешно справляется с этой задачей: измеряя электросопротивление манганина, находящегося под определяемым давлением, можно по известной зависимости вычислить давление с любой степенью точности.

Манганины обладают еще одним ценным свойством — демпфированием, т. е. способностью поглощать энергию колебаний. Если бы какому-нибудь чудаку пришла мысль отлить из манганина колокол, то с его помощью вряд ли удалось бы собрать вече: вместо набатного звона манганиновый колокол издавал бы лишь короткие глухие звуки.

Но если для колокола молчание — явный недостаток, то для железнодородных или трамвайных колес, рельсовых стыков и многих других звучащих деталей умение "держать язык за зубами", не создавая никому не нужный грохот, — очевидное достоинство. В кузнечных, штамповочных металлообрабатывающих цехах с помощью "немых" сплавов можно значительно уменьшить вредные производственные шумы. Наибольшей способностью не поднимать шум отличаются сплавы, содержащие 70 % марганца и 30 % меди. Некоторые из них по прочности не уступают стали.