В 1965 г. в журнале “Известия АН СССР, № 2 появилась статья И.Н. Фридляндера, В.Ф. Шамрая и Н.В. Ширяевой об открытии эффекта упрочнения при термической обработке обширной группы сплавов в тройной системе алюминий-литий-магний. На этой основе был предложен сплав 1420, содержащий 2% лития, 5,5 магния, 0,10% циркония. Литий — самый легкий металл, поэтому новый сплав на 10–12% легче применявшегося ранее для фюзеляжей самолетов дуралюмина Д16. К тому же этот сплав обладает высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью, повышенным модулем упругости и достаточной статической прочностью. По поводу модуля упругости необходимо отметить, что литий поколебал незыблемую до этого установленную Н.С. Курнаковым закономерность: модуль упругости сплава есть среднее между модулями элементов, входящих в сплав. У лития чрезвычайно низкий модуль упругости, а при его введении в алюминий он не снижает, а повышает модуль упругости сплава.
Со сплавом 1420 мы действительно оказались впереди планеты всей.
В 70-е годы был период расцвета связей советской авиационной промышленности с американскими самолетостроительными фирмами Боинг, Локхид, МакДоннелл Дуглас. Мы собирались совместно с американцами строить большой пассажирский самолет на проектируемом огромном заводе в Ульяновске. Академик С.Т. Кишкин первый оценил значение сплава 1420 и на совещании у министра авиационной промышленности, посвященном встрече с американцами, убедительно показал, что нашим джокером на переговорах может быть сплав 1420.
В 1985 г. в журнале “Journal of Materials Science” (1985, № 20, p. 4247–4258) появилась большая статья ведущего сотрудника американской ракетной фирмы Мартин-Мариетта доктора Пиккенса о сплаве 1420. Выдержки из этой статьи были опубликованы в журнале “За рубежом” в ноябре 1986 г. под заголовком “Чудо-сплав, созданный советскими специалистами”. Цитируем Пиккенса: “Сплав 1420, разработанный группой специалистов под руководством Фридляндера, обладает уникальным комплексом свойств: пониженным удельным весом, повышенным модулем упругости, хорошей свариваемостью и коррозионной стойкостью”.
В 1970–1971 гг. началось серийное производство самолетов вертикального взлета Як-36 и Як-38 с клепаными фюзеляжами из сплава 1420. Они базируются на палубе и в трюме морских крейсеров, которые путешествуют с ними по всему земному шару. За все годы их эксплуатации не было ни одной неприятности по вине сплава 1420. На фирме А.С. Яковлева проектом Як-36 и Як-38 руководил С.П. Мордвинов — смелый, опытный конструктор и прекрасный организатор. Успеху дела в большой степени способствовала одна из основных авторов сплава 1420, чрезвычайно энергичный и работоспособный специалист Н.В. Ширяева. Як-36 успешно эксплуатируются в разных модификациях по сегодняшний день. Но микояновцы пошли значительно дальше — они решили сделать фюзеляж нового истребителя из сплава 1420 сварным. До этого никто в мире не делал сварных самолетов из алюминиевых сплавов. Инициатива создания сварного самолета, явившегося одной из модификаций МиГ-29, принадлежала заместителю генерального конструктора М.Р. Вальденбергу, главному инженеру КБ В.М. Платонову, главному металлургу В.А. Варганову; сваркой заправлял Б.С. Денисов. Всю эту компанию решительно поддерживал генеральный конструктор академик Р.А. Беляков. Фюзеляжем МиГ-29 являются три плоских керосиновых бака, имеющих форму чечевицы. В варианте 1420 большие верхние и нижние поверхности образованы прессованными панелями с продольными ребрами. В поперечном сечении выглядят как “гребешок”, только ребра у этого “гребешка” расположены на сравнительно большом расстоянии друг от друга. Торцы и узкие стенки бака выполнены из штамповок, еще много разных штамповок используются для всякого рода поперечных жесткостей, всего на МиГ-29 идет порядка 150 разных наименований штамповок. Все это сваривается между собой, и создается замкнутое герметичное пространство топливных баков. В клепаном варианте детали накладываются друг на друга внахлестку и соединяются сотнями тысяч заклепок. Для герметичности все клепаные швы уплотняются герметиком. В сварном варианте не нужны герметики, нахлестка деталей, они свариваются впритык, не нужны заклепки и болты. Это уменьшает вес баков на 12%. Кроме того, 1420 на 12% легче Д16, итого 24% выигрыша веса. Колоссальный выигрыш веса для самолета. Когда эти цифры дошли до военных, они стали горячими сторонниками сварного алюминиево-литиевого самолета. У него увеличивалась боевая дальность, кроме обычного вооружения для борьбы с воздушным противником можно было установить дополнительное вооружение для обстрела земли. Истребитель становился истребителем-бомбардировщиком. Но этот сварной истребитель-бомбардировщик еще надо было сделать, испытать и запустить в серию. Сразу же возникло много сложных проблем. Сплав 1420 в металлургическом производстве имеет два принципиальных отличия от обычных алюминиевых сплавов. Литий не только очень легкий металл, но и металл очень легко окисляющийся, поэтому существовавшие на заводах авиационной металлургии плавильные печи и установки для отливки слитков, в которых жидкий металл соприкасается с воздухом, приводит к большому окислению сплава 1420. Нужно было создать герметичные плавильные печи с защитой очищенным аргоном.
Вторая особенность сплава 1420 касается холодной прокатки листов. Обычно тонкие листы получают холодной прокаткой рулонов. Но сплав 1420 при этом способе очень быстро нагартовывается и начинает трещать. Его надо катать втеплую, при повышенной температуре, для чего нужно создать соответствующие установки. Мы знали об этих особенностях сплава 1420, и в течение нескольких лет ВИАМ настойчиво просил министерство об организации соответствующих работ. Но, как известно, во все времена прошибить бюрократию не так-то просто. К тому же очень авторитетный авиационный металлург академик А.Ф. Белов директор ВИЛС, который отвечал за металлургическую технологию, был ярым противником сплава 1420. В результате ВИЛС на несколько лет отключился от работ по алюминиево-литиевым сплавам.
Академик А.Ф. Белов имел очень большие заслуги в авиационной металлургии. Например, он первым понял значение крупных гидравлических прессов для развития авиации и ракет. По его инициативе академик А.И. Целиков создал уникальные мощные прессы: вертикальные — мощностью в 75 000 тонн и горизонтальные — мощностью в 20 000 тонн. Они и по сей день остаются самыми крупными в мире и позволяют получать сложные крупногабаритные полуфабрикаты как для России, так и для ближнего и дальнего зарубежья.
Но у Белова наряду с его многими достоинствами была черта характера, свойственная, вероятно, многим людям, — он не признавал идей, выдвинутых не им, в области науки, которую он считал своей вотчиной. Поэтому он воевал против сплава 1420, созданного безо всякого его участия. В конце концов, он обратился с секретным письмом в Госбезопасность с утверждением, что ВИАМ (а конкретно И.Н. Фридляндер и активно поддерживающий его начальник института член-корреспондент Р.Е. Шалин) собирается погубить военную авиацию с помощью сплава 1420. Письмо это попало в ВИАМ, на что Белов, конечно, не рассчитывал. И я, и Шалин отнеслись к нему вполне спокойно. Лет десять назад после такого письма Фридляндер тут же загремел бы в северный лагерь. Ну, а теперь времена изменились. На это письмо был подготовлен ответ за подписями заместителя министра, в дальнейшем члена-корреспондента Г.Б. Строганова, Р.Е. Шалина и И.Н. Фридляндера, и на этом дело закончилось. Г.Б. Строганов очень опытный специалист, к тому же он много лет работал главным технологом в КБ Микояна и прекрасно ориентировался в ситуации. Александру Федоровичу Белову я об этом письме ничего не говорил. У него к этому моменту сильно ухудшилось здоровье, к тому же его сняли с должности директора ВИЛС, который он создавал, так что своих забот у него хватало. Он принадлежал к тому поколению сталинской эпохи, когда использование госбезопасности в научных спорах считалось вполне приемлемым.
Между тем я и Н.И. Колобнев, крупный специалист в области алюминиевых сплавов и технологии прокатки листов, принялся изыскивать варианты теплой прокатки листов 1420. Сама по себе идея проста. При рулонной прокатке по обе стороны прокатного стана расположены так называемые моталки, вращающиеся то в одну, то в другую сторону, пропуская при этом рулон через валки. Обычно эта операция проходит при комнатной температуре. Если поместить моталки в печи, то прокатка будет осуществляться при повышенной температуре. Возможны и другие варианты. Я познакомил с этой проблемой академика А.И Целикова — директора Всесоюзного института металлургического машиностроения, и он очень ею заинтересовался. После неоднократных обсуждений он предложил свой вариант.
Совещания у А.И. Целикова проходили всегда в очень дружной, теплой атмосфере, он любил юмор и шутки, и заканчивались традиционным обедом с холодной водкой. Других крепких напитков Александр Иванович не пил.
К сожалению, воплотить этот проект ни в СССР, ни в России нам не удалось, и мы катали листы из сплава 1420 в виде карточек, что не производительно, не обеспечивает больших габаритов листов и их высокое качество. Но в 1998 г. из слитков сплава 1424 (вариант сплава 1420), произведенных на Каменск-Уральском металлургическом заводе (КУМЗ) прокатывали листы шириной 2600 мм на заводе фирмы Хуговен в Германии. Доктор Н.И. Колобнев, который участвовал в этой прокатке, был удивлен полным сходством схемы фирмы Хуговен с той, что предлагал много лет назад Целиков. Выходит, что аналогичные идеи возникают независимо от границ государств.
Много забот вызвали штамповки. Приглашаем штамповщиков с КУМЗ, и они вместе с коллегами от КБ Микояна по каждой детали согласовывают чертежи штампов, чтобы обеспечить правильное расположение волокон. Этими работами от ВИАМ руководит доктор технических наук О.Е. Грушко, опытный специалист, в том числе в области плавки и литья сплавов. Прессованными панелями из сплава 1420 успешно занимается ведущий специалист ВИАМ О.А. Сетюков. Огромные усилия по освоению сплава 1420 приложили многие специалисты КУМЗ: директор завода Б.И. Пасынков, главный металлург СМ. Можаровский, главный прокатчик В.И. Попов, штамповщик Шишменцев, главный инженер В.В. Стародумов и бывшие главные инженеры В.М. Баранчиков и В.М. Чертовиков. Все они опытные специалисты, много лет работающие на заводе, они создали школу КУМЗ, способную квалифицированно решать чрезвычайно сложные задачи в металлургии.
Меня смущает жесткость сварной конструкции. Истребитель испытывает не только силовые перегрузки, резко меняется и температура: от 150°С при максимальной скорости во время воздушного боя — до –70°С при спокойном полете. Заклепочные соединения позволяют некоторую подвижку соединяемых частей при силовых или температурных перегрузках. Сварная конструкция жесткая, не ясно, как она поведет себя в этих ситуациях. Опытный специалист ВИАМ по электронномикроскопическому анализу алюминиевых сплавов B.C. Сандлер устанавливает, что по кромке сварного шва в основном металле идет узкая пластичная закаленная полоса. Значит, свобода для маневра у сварной конструкции есть.
Тем временем к ноябрю 1986 г. уже сделаны три машины. Одна проходит статические испытания, вторая и третья — летные. Обычно в случае неудач при испытаниях конструкторы тут же нападают на разработчиков сплавов, объясняя происшедшее какими-либо неподходящими свойствами. Но микояновцы молчат, значит испытания идут нормально, несмотря на это или благодаря этому обстановка вокруг сплава 1420 все больше накаляется. Принято решение о запуске в крупную серию МиГ-29 в алюминиево-литиевом варианте с выходом в конечном счете на многие сотни машин в год сразу на двух больших серийных заводах. Сухопутный вариант — на московском “Знамя труда”, и на Горьковском заводе — морской вариант с посадкой на авианосцах, которые заложены в планах Министерства обороны. Поэтому все работы идут в лихорадочном темпе под девизом: надо все прояснить пока еще есть время до серии. Но КУМЗ заявляет, что он не может осилить предлагаемую программу выпуска сплава 1420, не говоря уже о сплавах с литием для конструкторских бюро Туполева, Ильюшина и Антонова. Им всем отказано, приоритет — истребителям. Особенно расстраивался главный конструктор машины Ту204, рассчитывавший широко применить сплав 1420 и сэкономить на этом много килограмм веса. КУМЗ настаивает на необходимости строительства специального цеха для плавки и литья алюминиево-литиевых сплавов.
С завода “Знамя труда” сообщают, что у них нет подходящего сварочного оборудования, а Научный институт авиационной технологии (НИAT), который должен разработать это оборудование, утверждает, что вначале надо изменить состав сплава 1420 и сделать его пригодным для сварки.
Тем временем сделан третий самолет, а за ним в нарастающем темпе в КБ Микояна идет уже малая серия. Сварщик ВИАМ доктор технических наук В.И. Лукин строит статистическую кривую — с каждой последующей машиной число дефектов уменьшается, сказывается приобретение опыта работы со сплавом 1420. Летные и статические испытания первого и второго самолетов идут очень успешно. Это усиливает желание ВВС скорее получить эту машину, они обращаются в ЦК и правительство. В свою очередь туда же обращается КБ Микояна. Оборонный отдел ЦК направляет комиссии на КУМЗ и “Знамя труда”. Секретарь парткома ВИАМ известный специалист в области жаропрочных сплавов и технологии производства лопаток для газотурбинных двигателей Е.Н. Каблов (ныне член-корреспондент РАН) организует совместный партком всех участвующих в работе заводов и организаций, это дает дополнительный толчок. Темпы работы усиливаются. В 1987 г. начато производство сварных самолетов на заводе “Знамя труда”, сваркой там заправляет опытный специалист В.В. Гринин. Отработкой технологии на “Знамя труда” руководит заместитель министра авиационной промышленности А.Г. Братухин. В свое время он много лет работал главным металлургом на заводе в Горьком и участвовал в освоении стального самолета МиГ-25. Горьковский опыт очень пригодился ему и на заводе. Позднее А.Г. Братухин с успехом защитил докторскую диссертацию, посвященную алюминиево-литиевым сплавам, в Киеве в институте Патона.
В ВИЛС произошли перемены, он вплотную занялся алюминиево-литиевыми сплавами. Я уже отмечал склонность к окислению сплава 1420 в процессе сварки, но и плавке и литью нужна защита аргоном. Под руководством доктора технических наук В.Г. Давыдова была создана конструкция, где весь процесс — плавка, переливка из печи в миксер и из миксера в кристаллизатор протекает под надежной защитой аргоном. В дальнейшем эта конструкция была доведена и улучшена на КУМЗ стараниями директора завода Б.И. Пасынкова и главного металлурга С.М. Можаровского.
Много лет спустя я и В.Г. Давыдов были на фирме Алькоа (алюминиевая компания Америки) и осматривали там их установки для плавки и литья алюминиево-литиевых сплавов. Через год специалисты Алькоа побывали на КУМЗе и согласились, что наши установки более совершенны и обеспечивают лучшее качество металла.
В НИАТ подготовлен проект автоматизированного сварочного аппарата, оснащенного ЭВМ, для алюминиево-литиевого самолета. Он зачищает кромки, сближает их, сваривает, осуществляет наклеп сварного шва и его ультразвуковой контроль.
Завод готов переходить к серийному выпуску сотен сварных алюминиево-литиевых МиГ-29. Но уже в 1990 г. конфронтация с США закончилась, производство было остановлено, заказы сняты.
Тем не менее опыт сварного МиГ-29 стал широко известен в мире. В определенной степени это способствовало тому, что в настоящее время идут большие работы и в Европе, и в США по созданию сварных фюзеляжей крупных пассажирских и транспортных самолетов. В этих работах активно участвуют российские специалисты и широко опробуются российские сварные алюминиевые сплавы.
В 1999 г. коллективу специалистов металловедов и металлургов была присуждена Государственная премия Российской Федерации (И.Н. Фридляндер — руководитель, М.Е. Дриц, Е.Н. Каблов, О.Е. Грушко, Н.И. Колобнев, B.C. Сандлер, В.М. Чертовиков).
