В. Жуков - Химия в бою

И все же… алюминию пришлось в какой-то мере повторить судьбу железа. Пришло время, и элемент номер 13 из таблицы Менделеева уже не смог удовлетворять требования дальнейшего развития авиации. На место «самого лучшего» (до поры до времени, конечно!) материала встает элемент номер 22 — титан.

В чем же тут дело? А вот в чем.

Большие сверхзвуковые скорости полета поставили на пути авиации «тепловой барьер», то есть значительный нагрев обшивки самолета, в условиях которого прежние авиационные материалы успешно работать уже не могут. Полет со скоростью, в три раза большей скорости звука, приводит к нагреву обшивки до температуры свыше 300 градусов, а при скорости, в пять раз превышающей скорость звука, она достигает уже 1000 градусов!

Без значительного увеличения веса конструкции самолета алюминиевые сплавы могут использоваться только до скорости, соответствующей примерно 2,5 скорости звука. Это можно видеть на примере нового американского тактического истребителя F-111, у которого в качестве конструкционного материала еще широко применяются алюминиевые сплавы и лишь на участках, где развивается высокая температура, используются сталь и другие жаростойкие материалы. А вот большая часть конструкции создаваемого в США сверхзвукового истребителя-перехватчика YF-12 уже выполнена из титановых сплавов. Титан — металл серо-стального цвета; сплавляясь с алюминием, оловом, молибденом, ванадием, хромом, железом, вольфрамом и другими металлами, он образует сплавы, отличающиеся большой прочностью при высокой температуре, относительно малым удельным весом, стойкие к коррозии.

По мере развития авиации применение титана из года в год увеличивается. Сообщалось, что в конструкции нового военно-транспортного самолета фирмы Локхид С-5А будет использоваться не менее 13,5 тонны титана. Из титановых сплавов выполнены топливные баки на посадочной ступени лунной кабины космического корабля «Аполлон», корпус одной из ступеней стратегической ракеты «Минитмэн».

В 1966 году в США было продано потребителям 13 750 тонн собственного титана и его сплавов и 300 тонн импортированного из Японии. Этот титан, как сообщала печать, использовался следующим образом: в производстве турбореактивных двигателей — 47 процентов, на изготовление планеров самолетов — 28, в производстве реактивных снарядов и космической технике—15 и 10 процентов в других отраслях промышленности. Предполагалось, что в 1970 году производство титана в США достигнет 22 700 тонн.

Титан используется для изготовления брони танков, для бронирования самолетов и вертолетов. Он находит широкое применение в артиллерии, судостроении, машиностроении, в атомной, химической промышленности и других отраслях техники и индустрии.

По жаропрочности титановые сплавы занимают промежуточное место между алюминиевыми сплавами и нержавеющими жаропрочными сталями и применяются в интервале температур 300–500 градусов. При температурах свыше 500 градусов приходится обращаться уже к другим жаропрочным металлам — нержавеющим высокопрочным сталям. Сообщалось, что они основные конструкционные материалы, например, для экспериментального американского самолета-бомбардировщика ХВ-70. Как видно, внимание исследователей к клеткам номер 13 и 22 периодической таблицы элементов оказалось не вечным. Пришлось вернуться снова к элементу с порядковым номером 26 — железу. Но что поделаешь? Свойства стали хорошо изучены; она прочна, жароустойчива, поддается механической обработке, устойчива против коррозии. Правда, жаропрочную сталь приходится применять в ущерб весу конструкции самолета, но иного выхода пока нет.

Читатель может спросить: а дальше? Как будет обстоять дело, когда начнется переход от сверхзвукового самолета к гиперзвуковому, летающему при скоростях, в пять раз больших скорости звука? Действительно, на пути этих самолетов встает гигантский тепловой барьер. В печати приводились расчеты температуры на поверхности самолета, летящего с крейсерской скоростью, равной восьми скоростям звука на высоте 27 000 метров. При этом температура на большей части поверхности такого гиперзвукового самолета достигает 760—1100 градусов, то есть значений, при которых прочностные характеристики авиационных металлов и сплавов резко ухудшаются. На некоторых же участках температура приближается к точке плавления тугоплавких металлов. Выход из положения специалисты ищут в использовании совершенно новых жаропрочных материалов на основе никеля, кобальта и тугоплавких металлов — молибдена, ниобия, тантала и вольфрама.