Помоги проекту - поделись книгой:
Знает русский язык, любит музыку и спорт.
Очень хочет подружиться с кем-нибудь из советских школьников. Знает русский язык.
Почему железо заменило бронзу
Представьте себе металлический предмет, например, стальной нож. Мы знаем о нем всё или почти всё. Не только, что он тупой или острый, хотя нас в данном случае это особенно и не интересует. Нож ведь служит для резания. Вооружившись микроскопом и соответствующей аппаратурой (ну и, конечно, необходимыми знаниями), можем этот кусочек стали в виде ножа узнать «насквозь», определить его структуру, то есть внутреннее строение, и все возможные его свойства.
Однако в температуре примерно в 1500 °C стальной нож исчезнет, а точнее, изменит свое твердое состояние и станет жидкостью. Нож перестанет быть ножом, подкова — подковой, хотя по-прежнему эти бывшие предметы останутся сплавом железа с углеродом. А свойства, столь важные в твердом состоянии, в этой температуре перестанут существовать, впрочем и не будут столь важными. Зато важными станут свойства и характерные особенности жидкого состояния.
Сталь в жидком состоянии — это опасная и грозная стихия. Обращаясь с железом в течение нескольких тысяч лет, человек всё же научился укрощать эту страшную стихию, придавать ей соответствующие формы, размеры и даже свойства. Сейчас специалисты такое укрощение называют обработкой металла.
Обработка металла начинается уже тогда, когда он находится еще в жидком состоянии и продолжается во время его затвердения и охлаждения, когда происходят в нем чрезвычайно важные преобразования и структурные изменения. Тогда-то металлам придают соответствующую форму и размеры: их отливают, куют, вальцуют и подвергают обработке резанием.
Если готовый стальной предмет вновь нагревать до температуры 1500 °C, то все ранее наблюдавшиеся явления будут проходить в обратной очередности. Впрочем, люди научились это использовать для так называемой тепловой обработки, которая сводится к нагреванию, а затем охлаждению сплавов для изменения их структуры, а значит и свойств, без изменения формы и размеров.
Тепловая обработка дает нам чрезвычайно большие возможности повышения столь важных свойств металлов и сплавов, каковыми есть твердость, сопротивление, прочность и многие другие. И нет ничего удивительного в том, что сегодня она стала большим и очень важным разделом техники и науки.
Правда, свойства материалов можно изменять не только тепловой обработкой. Свойства металлов значительно повысятся, если добавить к ним хром, никель, ванадий, молибден и многие другие металлы. В таком случае одновременно пользуемся и тепловой обработкой и добавлением сплавов.
В ближайших номерах нашего журнала мы хотим познакомить вас, дорогие читатели, с методами тепловой обработки и влиянием компонентов сплавов на свойства стали. А теперь поговорим немного о истории железа и стали.
Правда ли, что человек открыл сначала медь, потом олово и сплавы меди с оловом, называемые бронзой, а лишь спустя несколько тысяч лет железо? Вполне вероятно, ибо такую последовательность подсказывает нам история: после каменного века примерно 5 тысяч лет до нашей эры пришла эпоха бронзы, а ее сменила эра железа, которая продолжается до сего времени.
В действительности железо было открыто почти в то же самое время, что и медь, а может быть даже и раньше. Залежи железных руд многочисленны и есть во всех частях земного шара. А вот залежи медных руд, а особенно чистой меди, необычайно редки. Еще реже встречается олово.
Получение железа из руд, в противоположность меди, довольна несложное. Первые «металлургические печи», так называемые железоплавильные горны, в которых в далекой древности получали железо, представляли собой вырытые в земле ямы глубиной и диаметром примерно в 50 сантиметров. Руда в таких ямах, соприкасаясь с раскаленным древесным углем, превращалась в железо. И всё же, зная способ получения железа, человек занялся медью и бронзой.
Железо, получаемое в примитивных горнах, содержало слишком мало углерода, примерно 0,1 процента или даже меньше. И здесь хотелось бы выяснить, что сейчас чистым железом называется химический элемент, снабженный символом
Чистое железо, точно так же, как и сплав с малым содержанием углерода, является материалом чрезвычайно гибким и мягким. Это, с одной стороны, было удобно при изготовлении железных предметов, например, мечей или кинжалов, а, с другой стороны, такие предметы все же не могли достаточно хорошо служить свою службу, так как режущие кромки были слишком мягкими и ломкими.
Бронза была материалом. лучшим, чем мягкое железо, не покрывалась ржавчиной и отличалась красивым цветом. И ничего нет удивительного в том, что человек предпочел бронзу, оставляя железо как ничего не значащий металл.
Прошло несколько тысяч лет, прежде чем человек обнаружил, что добавка углерода до неузнаваемости изменяет свойства чистого железа. Если, например, к железу добавить 0,4 процента углерода, то полученную сталь можно закалять. Нагретая до 900 °C, а затем охлажденная погружением в воду или другую жидкость, сталь становится очень прочной и твердой. Закалка стали — это и есть одна из форм тепловой обработки металлов.
После того, как человек научился получать сталь, применение железа непомерно расширилось. Многие предметы обихода, а особенно оружие, стали изготавливать из стали. Из нового закаленного металла делали топоры и мечи, которые не могли уже сравниться с бронзовыми ни прочности, ни по красоте. Именно это явилось причиной перехода от бронзы к железу. За начало эпохи железа принято считать 1000 год до нашей эры, а родиной железа была территория, расположенная в восточной части Средиземного моря. В Польше эпоха железа началась немного позднее, примерно в 700 году до нашей эры.
Если производство мягкого железа в начале эры железа было довольно распространенным, то умение науглероживать железо, а тем более его закалять, даже в средние века было редкостью. Тайна влияния углерода и тепловой обработки на свойства железа очень тщательно сохранялась.
Кузнец, который умел производить хорошую сталь, в своей стране был важной личностью. Ему многое разрешалось и все прощалось. Легенда гласит, что в Шотландии вместо кузнеца-убийцы повесили двух ткачей, чтобы таким образом сохранить жизнь кузнеца и за его преступление наказать кого угодно, только не его.
Уже в глубокой древности были известны металлургические центры, например, Дамаск, столица современной Сирии, и Толедо в Испании, секреты производства хранились в огромной тайне.
Самой прочной и упругой сталью издавна считалась дамасская. Пруты из разных сортов стали — высоко- и низкоуглеродистой, сначала нагревали и ковали, потом скручивали и еще раз ковали, одновременно науглероживая. Всё это повторяли по несколько раз, а из полученной после этого стали изготовляли самые лучшие в мире мечи и шпаги. Узоры, которыми кузнецы Сирии украшали оружие, даже время не смогло разрушить. На протяжении многих веков люди старались узнать секреты производства дамасской стали. Лишь в начале XIX века русским и французским металлургам удалось узнать тайну, которую так тщательно хранили века, и научиться получать не уступающую по качеству новую сталь.
Хорошая сталь для изготовления оружия — это был вопрос жизни и смерти людей и свободы или неволи народов. И прежде чем человек лучше узнал влияние углерода и других факторов на свойства стали, получение хорошего металла зачастую было делом случая. Поэтому охотно успех приписывали сверхъестественным силам природы. В одном из древних арабских рецептов рекомендуется такой способ закалки мечей: «Нагревать меч до тех пор, пока не наберет цвета восходящего солнца в пустыне, потом охлаждать до цвета пурпурной мантии, вбивая его в тело раба. Сила раба перейдет в меч и придаст ему особую прочность».
И хотя в эпохе железа человечество живет уже почти три тысячи лет, до XX века производства стали в мире было еще незначительным. Сто лет тому назад выпускалось всего лишь миллион тонн стали в год и то в масштабах всего земного шара!
Сегодня в мире производится четыреста пятьдесят миллионов тонн стали в год. В настоящей эпохе железа мы живем всего лишь сто лет!
Азбука кибернетики
Электронная «застежка-молния»
Все привыкли к тому, что электронно-вычислительные машины считают с поражающей воображение быстротой. Удивляются, пожалуй, лишь тому, что считают-то машины, проводя даже самые сложные вычисления, чрезвычайно «примитивно». Машина любую задачу «умудряется» представить вереницей простейших действий на сложение. Ведя свой головокружительно быстрый счет, электронная машина попросту молниеносно складывает числа! Сложение чисел — ее основная операция.
Поэтому бесспорно главной частью арифметического устройства машины является сумматор. Именно здесь числа «налетают» одно на другое, чтобы образовать сумму. Сумматор — вот что в машине выполняет исполинский счет, гигантский вычислительный труд.
Познакомимся с одним из видов этого устройства.
Все вы знаете застежку — «молнию». Раскрытая, она состоит из двух ленточек, окаймленных металлическим «зубчиками». Чтобы закрыть застежку, надо «зубчики» сцепить, скрепить их друг с другом. Для этого существует специальный замок-движок. Его-то — движок молнии — и напоминает сумматор.
Подобно раздельным сторонам застежки, в сумматор с одного конца через два входа «вливаются» числа — слагаемые. С другого конца они выходят крепко-накрепко скрепленными в сумму.
По двум каналам спешат в сумматор двоичные числа, закодированные электрическими импульсами. Есть единица в разряде — пробегает импульс, ноль в разряде — импульс не появляется.
Строго говоря, то устройство, с которым мы сейчас познакомились, — это неполный сумматор, его называют полусумматором, поскольку он производит только половину работы по сложению: он сложил слагаемые, вошедшие в него с двух концов, и получил сумму. Полный же сумматор обычно имеет три входа для трех потоков: для первого и второго слагаемого и для переноса чисел в другой разряд. Сложение в сумматоре ведется по разрядам. На каждый из трех входов подается по одному разряду двоичного числа, а на входе из сумматора появляются разряды суммы и переноса.
Существует много типов сумматоров, но все они подразделяются на две группы: последовательного и параллельного действия. Именно последовательного действия сумматор работает по разрядам. Но есть сумматоры, которые работают быстрее. Это сумматоры параллельного действия. Они суммируют числа не постепенно, а все сразу, по всем разрядам. Импульсам — числам не надо стоять «в очереди», чтобы попасть в сумматор.
Даже по сравнению с миллионной скоростью сложения разрядов в последовательном сумматоре, сложение в параллельном поражает: например, девятнадцатизначное число складывается за какие-то доли микросекунды.
Ученые, освоив очень разные «характеры» последовательного и параллельного сумматоров, нашли им и применение в зависимости от их характеров, учитывая в каждом случае их достоинства и недостатки.
Последовательный сумматор по своему устройству более прост — в этом его достоинство. А достоинство параллельного вы уже знаете — в скорости. Но бешеная скорость, с которой он работает, сделала его более сложным по устройству.
А от конструкции сумматора, от того, какой принцип в нем применен, зависят многие важные характеристики машины: ее мощность, габариты, скорость.
Так, например, параллельный сумматор, дающий большое быстродействие, требует более сложной конструкции электронно-вычислительной машины. Поэтому схемы параллельного действия применяют там, где хотят получить наибольшую скорость вычислений, не считаясь с затратами на оборудование.
Последовательные схемы работы в сумматоре позволяют обойтись минимальным количеством аппаратуры. Это и определило их «судьбу»: обычно последовательные схемы применяют в специализированных электронно-вычислительных машинах. Здесь не требуется больших скоростей, зато имеет значение размер и стоимость машины.
Итоги первого этапа международного художественного конкурса
Мы очень рады, ребята, что наш конкурс вам понравился, о чем свидетельствует количество присланных работ. Читатели «Горизонтов техники для детей» прислали их 777! Работы были очень интересные, темы — разнообразные, описания — тоже не подкачали! Поэтому-то жюри было в затруднительном положении, так как многие работы заслуживали по меньшей мере поощрительной премии. Этим объясняется присуждение двух вторых, трех третьих и трех четвертых премий. А, кроме того, двадцать авторов получат поощрительные премии.
Все награжденные работы будут пересланы в Москву и примут участие во втором, международном, этапе конкурса.
А вот авторы награжденных работ;
I премия — велосипед.
II премия — наручные часы.
III премия — комплекты художественных красок.
IV премия — кожаный портфель.
Поощрительные премии — значок «Горизонтов техники для детей».
I премия —
Поделиться книгой: