Мищенко Д.Н., Корохов В.Г. Металлы и сплавы метеоритного

.
18, 2007 .
45
УДК 69.059.22.
Мищенко Д.Н., студент, Корохов В.Г., к.т.н., профессор.
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
Металлы и сплавы метеоритного происхождения.
Как в древние времена первые образцы стальных орудий труда и оружия были изготовлены из метеоритных
находок человека, так и в наши дни - эти находки представляют большой интерес, но уже для науки
«металловедение», для практики получения сплавов с необходимыми свойствами. В сообщении приводятся
внешние признаки метеоритов, состав, свойства, структура железа, никелевого сплава, камаситов - сплавов
с кремнием. Сообщение расширяет общетехнический кругозор будущих выпускников вуза и инженернотехническим работников.
железо, метеориты, никель, сплав, камасит, хондриты, минералы, структура, прочность, твердость.
В связи с постоянно растущим интересом к историческим объектам возникает необходимость
более детального их изучения.
Начало освоения процесса плавления рудного металла, его ковки и литья относится примерно
к шестому тысячелетию до нашей эры. Тогда изготовляли изделия из меди - украшения и предметы хозяйственного назначения. Позднее появилась бронза - сплав меди с оловом и сурьмой, оказавшийся тверже меди. Поэтому бронзовое оружие, орудия труда, домашняя утварь были намного
совершеннее каменных.Платон, описывая 2500 лет назад Атлантиду, рассказал, что жители этой
страны, кроме золота и серебра, знали еще какой-то драгоценный металл - легкий, белый и мягкий. По описаниям Платона металл напоминает алюминий. Но только в 1845 году немецкий химик Фридрих Веллер получил кусочек чистого алюминия величиной с булавочную головку.
Платину умели добывать ацтеки, каким способом - осталось неизвестно. Последний властитель
государства Монтесума послал в подарок испанскому королю платиновое зеркало. Как удалось
металлургам справиться с платиной, которая плавится при температуре 1772°, до сих пор остается
загадкой.Сохранилась неприкосновенной и еще одна тайна древних мастеров - железная колонна
в Дели. Ее воздвигли в 415 году. Весит колонна 6,5 тонн, высота ее 7,3 метра. Изготовлена она из
чистого железа, в котором совсем незначительны примеси углерода, серы и фосфора.
Предполагают, что древние металлурги для получения столь чистого железа растирали губку сварочного железа в порошок и просеивали его. Затем чистый порошок железа нагревали до красного
каления и под ударами молота его частицы слипались в одно целое. Из таких кусков, возможно, и
создали колонну в Дели.Самым древним предметом из железа считаются бусы из полых трубочек, найденные археологами при раскопке египетских могил. Бусы изготовлены из кованого железа, в котором обнаружено 7,5% никеля, что характерно для железа метеоритного происхождения.
В гробнице Тутанхамона также нашли амулет из гематита - кусочков железной руды, и амулет из
чистого железа.
На основании этих фактов можно сделать вывод, что первые орудия труда и исторические
памятники были сделаны из металлов и сплавов метеоритного происхождения.
Цель данной работы - показать важность изучения свойств металлов и сплавов метеоритного
происхождения, как прототипа для получения конструкционных материалов с требуемыми свойствами и использование этих материалов в разных отраслях техники.
Метеориты представляют собой единственное внеземное вещество, которое мы можем исследовать непосредственно с применением современной аппаратуры и самых точных методов.
Изучая метеориты, мы узнаем, из каких химических элементов состоят небесные тела, какую они
имеют структуру, при каких условиях образуются во вселенной химические соединения (минералы). Изучение структуры, состава и различных физических свойств железных метеоритов представляет также интерес для металлургии в связи с изучением различных искусственных сплавов.
Химический и минералогический состав метеоритов представляют большой интерес в связи с
изучением глубинных слоев Земли.
По своему составу метеориты подразделяются на три класса: железные, железокаменные и
46
.
18, 2007 .
каменные. Размеры их бывают самые различные. Самый крупный метеорит, найденный в Африке
в 1920 году, весит около 60 тонн. Известно еще около трех десятков метеоритов, вес которых превышает тонну. Все эти метеориты относятся к классу железных. Между тем, среди каменных метеоритов таких крупных не встречается. Самые большие каменные метеориты весят не более тонны. Каменные метеориты, как более хрупкие, не выдерживают того огромного давления воздуха,
которое они испытывают при своем движении с космической скоростью в атмосфере Земли, и
дробятся на части, выпадая метеоритными дождями. Обыкновенно метеориты имеют неправильную обломочную форму. Значительно реже падают так называемые ориентированные метеориты,
заостренные на конус с одной (передней) стороны и притупленные - с другой (тыловой). Такая
форма метеоритов напоминает головку снаряда. Она возникает в результате обтачивающего действия земной атмосферы на летящее в ней с космической скоростью метеорное тело. Современные точные химические анализы метеоритов показали, что в них имеются все известные на Земле
химические элементы. Никаких новых элементов в них не найдено. Это значит, что все небесные
тела, вся материя во вселенной, состоят из тех же химических элементов, из которых состоит и
Земля, и, следовательно, все они имеют общее происхождение.
Железные метеориты в основном состоят из железа, составляющего в среднем 90%, никеля до
6-8% и кобальта около 0,5-0,7%. Далее в незначительных количествах в них встречаются фосфор,
сера, углерод, хлор и некоторые другие элементы. Сплавы железа с никелем носят название «камасит» (отношение никеля к железу 0,06) или «тэнит» (отношение никеля к железу от 0,14 до 1,0).
Смесь камасита и тэнита называется плесситом. После полирования и протравливания на их поверхности можно видеть характерные пересечения камаситовых «балочек», которые заметны вследствие различной отражающей способности камасита и тэнита (видманштетеновы фигуры). В
земных горных породах естественный сплав железа с никелем не встречается, так что присутствие никеля в кусках железа указывает на его космическое или промышленное происхождение.
Каменные метеориты в основном состоят из следующих элементов: кремния 18%, магния
14%, алюминия 0,8%, кальция 1,3%, серы 2% и очень малых примесей многих других элементов.
Большинство же химических элементов как в железных, так и в каменных метеоритах присутствует в настолько малых количествах, что обнаруживается только при помощи электроннозондового
микроанализа. В каменных метеоритах в виде соединений с другими элементами находится кислород, составляя в среднем около 30%. Кроме того, в них имеются рассеянные включения никелистого железа и троилита, причем содержание такого железа в общей сумме может достигать 2025% веса всего метеорита, поэтому космические камни, как правило, тяжелее земных. Основные
составляющие каменных метеоритов - это минералы — силикаты (оливины и пироксены). Характерным признаком основного типа каменных метеоритов — хондритов — является наличие внутри них округлых образований — хондр. Хондры состоят из того же вещества, что и весь остальной
метеорит, но выделяются на его срезе в виде отдельных зёрнышек
Третий класс — железокаменные метеориты — это куски никелистого железа с вкраплениями
зёрен каменистых минералов.
Метеориты состоят из тех же элементов, что и земные горные породы, но сочетания этих
элементов, могут быть и такими, которые на Земле не встречаются. Это связано с особенностями
образования тел, породивших метеориты.
Среди падающих - преобладают каменные метеориты. Значит, таких «кусков» больше летает в
космосе. Но среди находок преобладают железные метеориты, так как они прочнее, лучше сохраняются в земных условиях и резче выделяются на фоне земных горных пород.
В настоящее время в металлургической промышленности получают широкое разнообразие сталей и других сплавов различного назначения. Это и стали высокой прочности, жаропрочные,
износостойкие, нержавеющие, сплавы с памятью геометрической формы. Во всех этих конструкционных материалах присутствуют в различных соотношениях те же химические элементы, которые обнаружены в названных космических находках и называются эти элементы - легирующие.
Благодаря теоретической и экспериментальной обработке полученных из космоса материалов,
анализу влияния присутствующих в них элементов на свойства сплавов, определения оптималь-
.
18, 2007 .
47
ного соотношения указанных легирующих элементов, удается получить металлические конструкционные материалы с требуемыми свойствами. Прообразом этих материалов и ценным примером для изучения и практических выводов являются находящиеся в руках исследователей метеоритные находки.
ВЫВОДЫ:
1.Первые стали, используемые человеком на Земле, были метеоритного происхождения. Они отличались от других известных применяемых материалов высокими механическими свойствами и
это побудило людей искать способы получения подобных сплавов на Земле из известных минералов. В третьем тысячелетии до нашей эры из железной руды была получена сталь.
2.В настоящее время продолжается поиск и исследование упавших метеоритов, по-прежнему являющихся ценным материалам для продолжения изучения.
3.Практическое применение метеоритов на Земле выразилось в производстве металлургической
промышленностью легированных сталей с различными требуемыми свойствами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Зубков Л.Б. Космический металл. – М.: «Наука»,1987.
2. Клячко В.С., Савицкий Е.М. Металлы космической эры. – М.: «Металлургия»,1978.
3. Мезенин Н.А. Занимательно о железе. – М.: «Металлургия»,1985.
4. Николаев Г.И. Металл века. – М.: «Металлургия»,1987.
5. Николаев Л.А. Химия космоса. – М.: «Просвещение»,1974.
6. Ульяниной И.Ю. Материаловедение в схемах и конспектах. – М.: «МГИУ»,2002.
7. Черных Е.Н. Металл- человек - время. – М.: «Наука»,1972.