В машиностроении чистые металлы применяются исключительно редко. В тракторном двигателе, например, нашли применение около 30 марок различных сплавов и ни одного чистого металла; в авиационном двигателе потребовалось около 1000 сплавов,_а чистых металлов только 3 — медь, серебро и германий; в ракете — только 5: медь, серебро, германий, вольфрам и золото. В настоящее время различных марок сталей и чугунов более 10 000, а основа одна — железо.
Почему же сплавы предпочитают чистым металлам, почему чистые металлы применяются реже? Причин несколько, но одна из основных заключается в том, что сплавы дают возможность получать чрезвычайно широкий спектр легко регулируемых свойств. Вот аналогия, может быть, грубая: возьмем дистиллированную воду. Она прозрачная, бесцветная, без запаха, имеет строго определенную плотность — это все, что о ней можно сказать. Но, добавляя в воду различные примеси, можно сделать ее сладкой, горькой, кислой и т. д.; красной, синей, желтой и т. д.; можно придать ей запах как приятный, так и неприятный, сильный и слабый; окраску и привкус можно сделать сильными и слабыми или умеренными; можно увеличить или уменьшить плотность; можно сделать воду целебной и ядовитой — вариантов бесчисленное множество.
Примерно так же дело обстоит со сплавами. Добавляя углерод в чистое железо, получаем сталь, чугун, изменяем свойства сплава. Чем больше углерода в стали, тем, например, выше твердость, но обрабатывать такую сталь труднее и ударные нагрузки она воспринимает значительно хуже, т. е. увеличиваются твердость и прочность, но уменьшаются пластичность и вязкость.
Легирование можно рассматривать как придание сплавам желательных свойств. Например, сделать металл более прочным. Следует отметить, что железо имеет далеко не самую высокую прочность. Всего 270 МПа. В течение всего времени использования железоуглеродистых сплавов человек изобретал способы упрочнения. В далекие времена на поле боя преимущество было на стороне того воина, чей меч был прочнее и чей щит не могло пробить вражеское копье.
А в мирное время? В наши дни? Более прочная сталь позволяет существенно понизить массу инженерных сооружений — это прямая экономия металла. А для транспорта — это еще и экономия горючего, удобства в техническом обслуживании и многое другое.
Необходимо увеличить прочность железа в 10 раз! Такими были требования авиационной промышленности в начале 30-х годов XX в. Отечественные ученые выполнили заказ — сталь ЗОХГСА, содержащая примерно по 1 % хрома, марганца и кремния, после термической обработки имеет прочность в 10 раз выше, чем сталь 30. Стали такого типа применяются и в настоящее время для изготовления особо ответственных тяжелонагруженных деталей, подвергающихся высоким ударным нагрузкам. Например, в самолетостроении — узлы крепления плоскости к фюзеляжу, детали шасси; в общем машиностроении — ответственные крепежные детали, штоки и цилиндры гидроприводов.
Для дальнейшего развития техники потребовались стали еще более высокой прочности. Отечественное металловедение и металлургия справились с поставленной задачей — стали типа Н12К6М10Т2 имеют прочность около 4000 МПа.
Мировое ежегодное производство стали за последние годы находилось в пределах 750—950 млн. т. Первенство в производстве стали принадлежит нашей стране (161 млн. т в 1986 г.), второе — Японии (101 млн. т), третье — США (65,9 млн.т).
Интересно отметить, что на десять стран (СССР, Япония, США, КНР, Германия, Италия, Франция, Польша, ЧСФР, Англия) приходится около 90 % мирового производства стали; девять из них имеют для этого все необходимое, а Япония все импортирует из Австралии.
Цена 1 т углеродистых сталей по прейскурантам нашей страны составляет 95—130 р., легированные стали стоят дороже.
О перспективах применения железа и сплавов на его основе лучше всего сказал акад. А. Е. Ферсман (1883—1945): «Будущее за другими металлами, а железу будет отведено почетное место старого, заслуженного, но отслужившего свое время материала. Но до этого будущего еще далеко. Железо пока — основа металлургии, машиностроения, путей сообщения, судостроения, мостов, транспорта...».
Век железа пока продолжается и будет продолжаться еще очень-очень долго.