какой металл называется крылатым металлом
«Крылатый металл». Дюралюминий как компонент победы в войне
Подготовка к большой войне
В первой части материала об алюминиевой промышленности и её влиянии на военный потенциал Советского Союза говорилось о серьезном отставании страны от Германии. В 1941 году нацистская промышленность более чем в три раза опережала по данному параметру советскую. Мало того, даже собственные расчеты в рамках мобилизационного плана «МП-1», которые датируются 17 июня 1938 года (утвержден Комитетом обороны при Совете Народных Комиссаров), предполагали, что стране в случае войны потребуется порядка 131,8 тысячи тонн алюминия. А к 1941 году в реальности Советский Союз был способен выпускать не более 100 тысяч тонн «крылатого металла», и это, естественно, без учета потери западных территорий, на которых располагались основные предприятия цветной металлургии.
Наиболее чувствительным к дефициту алюминия была авиационная отрасль, и для частичного удовлетворения растущих потребностей Наркомавиапрома Совет Народных Комиссаров выработал ряд мер. В 1941 году недостачу предполагалось закрывать с помощью использования возврата легких металлов (34 тыс. тонн), внедрение в конструкцию самолетов облагороженной древесины (15 тыс. тонн), производств магниевых сплавов (4 тыс. тонн) и за счет банальной экономии (18 тыс. тонн). Это, кстати, стало следствием возросших мобилизационных аппетитов Советского Союза: к 1942 году планировали использовать уже не 131,8 тыс. тонн алюминия, а более 175 тыс. тонн. Кроме количественного наращивания производства алюминия, в стране заранее были предусмотрены методы качественного улучшения сплавов на базе «крылатого металла». Дюралюминиевые самолеты первоначально в армии больше ремонтировались и красились, чем летали, что являлось следствием невысокой коррозионной стойкости сплава. Со временем на заводе имени Авиахима разработали метод плакирования дюраля чистым алюминием (который, в свою очередь, на воздухе покрывался прочной защитной оксидной пленкой), и с 1932 года этот прием стал обязательным для всего советского авиапрома.
«Алюминиевый голод» негативно сказывался на качестве отечественных самолетов не только легкомоторного класса типа У-2 и УТ-2, но и истребителей Як-7 и ЛаГГ-3. Например, истребитель Як-7 представлял собой самолет с деревянным крылом и гладкой фанерной обшивкой фюзеляжа. Хвостовая часть корпуса, рули и элероны обтягивались полотном. Из дюралюминия изготавливались только капот двигателя и бортовые люки носовой части самолета. Более того, один из основных боевых истребителей периода войны ЛаГГ-3 был вообще цельнодеревянным. Силовые элементы его конструкции изготавливались из так называемой дельта-древесины. Аббревиатуру «ЛаГГ» летчики с сарказмом расшифровывали как «лакированный гарантированный гроб». Тем не менее таких самолетов, в том числе на авиазаводах Ленинграда, было выпущено 6528 штук, и они активно участвовали в боевых действиях. По мнению военного историка А.А. Помогайбо, эти истребители изначально были «обречены уступать немецким алюминиевым Ме-109, которые к 1941 году приблизились по скорости к отметке 600 км/ч».
Сплавы на алюминиевой основе, так необходимые авиации, в СССР к началу войны выплавляли три комбината: имени Ворошилова в Ленинграде, московский №95 и построенный в 1940 году Ступинский завод легких сплавов №150. При возведении последнего за помощью активно обращались к американцам. В 1935 году делегация под руководством Андрея Туполева отправилась в США, где выяснилось, что в заокеанском авиастроении широко используется большие листы дюрали 2,5 метра на 7 метров. В СССР к тому времени не могли сделать лист больше 1х4 метра – такие технологические стандарты существовали еще с 1922 года. Естественно, правительство обратилось к компании «Алкоа» с просьбой предоставить многовалковые станы для производства аналогичных дюралюминиевых листов, но ответ был отрицательным. Не продала станы «Алкоа» — так продаст давний бизнес-партнер Советского Союза Генри Форд. Его компания и еще несколько подобных в США поставили в конце 30-х годов в СССР несколько крупных прокатных станов для алюминиевых сплавов. В результате один только Ступинский завод в 1940 году выпустил 4191 тонну высококачественного дюралюминиевого проката.
Тринадцатый элемент победы
Крупнейшей потерей начала Великой Отечественной войны для алюминиевой промышленности стал Днепровский алюминиевый завод. Задержать рвущиеся к Запорожью немецкие танки в середине августа пытались частичным разрушением ДнепроГЭСа, приведшим к многочисленным жертвам как среди оккупантов, так и среди красноармейцев и мирных жителей. Эвакуацией Днепровского алюминиевого завода, самого крупного завода среди подобных в Европе, прямо под боком у немцев занимались высокопоставленные чиновники: главный инженер Главалюминия А. А. Гайлит и замнаркома цветметаллургии В. А. Флоров. Эвакуация под постоянным обстрелом врага (нацисты были на другом берегу Днепра) закончилась 16 сентября 1941 года, когда на восток был отправлен последний из двух тысяч вагонов с оборудованием. Немцы так и не смогли организовать производство алюминия на запорожском предприятия до самого момента изгнания. По аналогичному сценарию были эвакуированы Волховский алюминиевый и Тихвинский глиноземный заводы.
С осени 1941 года производство дюралюминиевого проката прекратилось и восстановилось только к маю следующего года. Теперь производство базировалось лишь на двух предприятиях: заводе №95 в Верхней Салде и комбинате №150 на станции Кунцево. Естественно, из-за временной остановки просел, хоть и незначительно, объем выпуска цельнометаллических самолетов с 3404 экземпляров с 1940 году до 3196 крылатых машин в 1941 году. Но уже с 1942 года объем выпуска самолетов из дюралюминия неуклонно рос. Формально преодолеть острую нехватку дюралюминия советскому авиапрому удалось к лету 1944 года – именно тогда объемы выпуска самолетов стабилизировались. Применительно к истребителям это можно было наблюдать в ходе операции «Багратион» в Белоруссии, когда на фронт стали поступать самолеты конструкции С.А. Лавочкина Ла-7. Большинство его силовых элементов были выполнены из легких металлосплавов. Истребитель превосходил своего основного противника, FW-190А, в скорости, скороподъемности и маневренности. И если в 1942 году рост производства самолетов объясняется вводом в строй мощностей, эвакуированных с запада на восток, то в 1943 году в стране появились алюминиевые комбинаты, ранее не существовавшие. В этот год удалось ввести возвести Богословский алюминиевый завод в Свердловской области и Новокузнецкий алюминиевый завод в Кемеровской области. Огромную помощью в организации производства алюминия на этих предприятиях оказали специалисты с эвакуированных ранее Волховского алюминиевого и Тихвинского глиноземного заводов. Относительно Богословского алюминиевого завода стоит сказать, что первую плавку алюминия удалось осуществить только в знаменательный день — 9 мая 1945 года. Первая же очередь Новокузнецкого завода была пущена еще в январе 1943 года. В том же году выплавка алюминия в СССР превысила довоенный уровень на 4%. К примеру, только Уральский алюминиевый завод (УАЗ) в 1943 году производил в 5,5 раз алюминия больше, чем до войны.
Очевидно, дефицит отечественного алюминия был преодолен не без помощи поставок из США по программе ленд-лиза. Так, еще в июле 1941 года, принимая в Кремле личного представителя американского президента Г. Гопкинса, Иосиф Сталин в числе наиболее необходимых видов помощи из США назвал высокооктановый бензин и алюминий для производства самолетов. В общей сложности США и Великобритания с Канадой поставили порядка 327 тысяч тонн первичного алюминия. Много это или мало? С одной стороны, немного: только США в рамках ленд-лиза отправили в СССР 388 тысяч тонн рафинированной меди, гораздо более дефицитного сырья. А с другой стороны, поставки из-за рубежа составили 125% от уровня производства алюминия в военное время в Советском Союзе.
Прогресс в производстве алюминия в годы Великой Отечественной войны наблюдался не только в плане увеличения объёмов выпуска, но и в снижении энергозатрат на выплавку. Так, в 1943 году в СССР освоили технологию литья алюминия в газовых печах, что серьезно снизило зависимость предприятий цветной металлургии от поставок электроэнергии. В этом же году стала широко применяться техника непрерывного литья дюралюминия. А годом ранее впервые в истории промышленности на Уральском заводе выход алюминия по току превысил 60 граммов металла на 1 киловатт-час электроэнергии при положенных по норме 56 граммов. Это стало одной из причин блистательного достижения 1944 года – УАЗ сэкономил 70 миллионов киловатт-часов электричества. О том, что это значило для мобилизованной промышленности Советского Союза, думаю, рассуждать будет бессмысленно.
Крылатый металл
Алюминий востребован практически во всех сферах промышленности, однако основным «алюминиевым приоритетом» по-прежнему остается авиация. «Самолетный», «авиационный», «крылатый» — как только не определяли металл, из которого были сделаны фюзеляжи и крылья первых самолетов. История мировой авиации тесно связана с историей создания алюминиевых сплавов, более того — для многих стран путь в небо определялся именно «гонкой за металл». И чем прочнее, гибче и надежнее становился алюминий, тем выше, дальше и безопаснее летали самолеты.
Альтернативы алюминию не нашлось и по сей день — он по-прежнему удерживает гордое звание авиационного металла. Более того, покорив небо, алюминий уверенно завоевывает и космос — металл входит в состав ракетного топлива, а его сплавы используются в конструкциях ракет.
Но прежде чем «стать на крыло», алюминий прошел долгий путь от чистого металла до высокопрочных сплавов.
«Авиационный» алюминий появился в Германии в начале ХХ века. В то время он только начинал «входить в моду» — технология промышленного производства металлического алюминия уже была отработана, но объемы выплавки были пока небольшими. К тому же получаемый алюминий был недостаточно прочным и годился, разве что, для пищевой упаковки и тюбиков для зубной пасты.
Тем не менее, потенциал металла никто оспаривать не собирался. Более того, многие ученые задались целью решить задачу упрочнения алюминия. В их числе был Альфред Вильм, немецкий ученый-физик. Во время своих опытов по подбору компонентов для укрепления алюминия он, неожиданно для себя и всего научного сообщества, открыл «эффект старения» алюминиевого сплава, который заключается в существенном увеличении прочности металла после закалки в течение недели.
Открытие Альфреда Вильма было запатентовано и внедрено в производство на заводе Durener Metallwerke Aktien Gesellschaft (Дюрнер Металлверке). В 1909 году предприятие официально представило свою продукцию — сверхпрочный сплав дуралюмин (алюминий, медь (1,3%), магний 2,8% и марганец (1%)). Этот металл фактически стал базовым для развития самолетных сплавов.
Юнкерс — первый цельнометаллический
Достоинства дюрнерского «алюминия» оценил профессор термодинамики, авиаконструктор Ахенского университета Хуго Юнкерс. Он уже неоднократно пытался собрать цельнометаллический самолет — 15 декабря 1915 года на военном аэродроме города Деберица прошли испытания планера J1, сделанного из листового железа. Но представители военного ведомства самолет «забраковали», назвав его «жестяным ослом» — слишком тяжелый, с низкой скороподъемностью и маневренностью, J1 не соответствовал требованиям военной авиации. Юнкерс понимал, что главный «виновник» провала — металл. Нужна была альтернатива толстым (до 1 мм) железным листам. И такая альтернатива нашлась!
Дюралюминий отвечал всем требованиям Хуго Юнкерса — высокая прочность, ковкость и необыкновенная для металла легкость пришлись очень кстати. Уже в 1917 году на аэродроме Адлершоф поднялся в воздух истребитель J.7, целиком собранный из дюралевых профилей. В этом же году начался серийный выпуск военных самолетов Junk J.1, заказанных оборонным ведомством Германии для участия в кампаниях Первой Мировой Войны. Во время боевых действий дюралюминий полностью оправдал расчеты Юнкерса — металл надежно защищал пилота от пуль и снарядов. Самолеты J.1 были названы летающими танками: известен случай, когда дюралюминий выдержал 480 пулевых прострелов крыльев и фюзеляжа — самолет не просто выполнил боевое задание, но и благополучно приземлился на базу.
Успех первых J.7 и Junk J.1 предопределил огромный рывок в развитии немецкой военной авиации — дюралюминий стал фаворитом конструкторского бюро Юнкерса. Германия выиграла битву за небо, однако ее соперники сдаваться не собирались — в СССР и США полным ходом шли разработки сверхпрочных алюминиевых сплавов.
Кольчуга для самолетов
Достижения немецких авиаконструкторов задели за живое не только представителей оборонного ведомства СССР во главе с министром обороны В.А. Сухомлиновым, но и ученых. В то время в нашей стране велись разработки деревянных самолетов, многие из которых были весьма успешными. Правительство СССР к идее запустить в небо металл отнеслось без энтузиазма: алюминий в стране был импортным, да и тайну дюраля немецкие конструкторы оберегали свято.
Тем не менее, в 1918 году по настоянию конструктора А.Н. Туполева и профессора Московского государственного университета Н.Е. Жуковского был создан Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), в котором начались разработки новых моделей самолетов и исследования металлических сплавов. ЦАГИ работал совместно с некоторыми металлолитейными заводами, что позволяло оперативно получать и тестировать новые варианты металла. Однако целых четыре года старания исследователей были безрезультатны — созданные сплавы не проходили проверку на прочность.
Весной 1922 года в ЦАГИ произошло знаменательное событие: в институт был доставлен фюзеляж сбитого истребителя Junkers D.I — бесценный с точки зрения отечественной авиации трофей. Для изучения состава металлического покрытия самолета была организована отдельная группа «Секция испытания материалов». Исследователи не просто определили формулу дюраля, но и смогли разработать более прочный вариант сплава, способный конкурировать с иностранными разработками. Результаты их работы были направлены на Латунный и меднопрокатный завод товарищества Кольчугина и на ленинградский завод Красный Выборжец.
Первыми отечественное ноу-хау освоили металлурги Кольчугинского завода: в конце 1922 года завод начал производство «кольчугалюминия» — первого советского высокопрочного сплава. А уже в следующем году конструкторскому бюро Туполева был предоставлен полный «самолетный» комплект — листовой, гофрированный и профилированный металлопрокат — кольчугалюминий. Началась работа по созданию конкурента Юнкерсу — советского самолета АНТ-2.
Тем временем СССР начал налаживать связи с Германией, в том числе и в отношении делового и научного сотрудничества, в связи с чем в пустующих цехах Русско-Балтийского завода было организовано производственное представительство конструкторского бюро Юнкерса и налажен выпуск самолетов Ju.20 и Ju.21. Советская сторона рассчитывала создать совместное с Юнкерсом производство дюраля (в деловом соглашении даже предусматривался соответствующий пункт), однако Германия предпочла отказаться от завода, чем добровольно «выложить» технологию получения дюраля потенциальным конкурентам. Впрочем, СССР от расторгнутого соглашения с Юнкерсом нисколько не пострадал — 28 мая 1924 года прошли успешные испытания советского цельнометаллического самолета АНТ-2. Советский алюминий взял первую высоту!