Взгляды на сплавы железа с углеродом до 1800 года. Установление теории растворов и первая диаграмма Fe-С Робертс-Аустена, страница 16

Установленная Осмондом аллотропическая теория сплавов железа с углеродом, хотя и ошибочно объясняла явление закалки, в основном победила. Дополненная теорией растворов в результате физико-химических исследований Ле Шателье [234], а затем исправленная в отношении толкования точки a₂эта теория стала основой наших современных взглядов на явления, происходящие в твердых сплавах железа с углеродом.

Рассмотренные выше результаты исследований Осмонда представляли собой непосредственный материал для составления диаграммы железо — углерод в части, охватывающей твердое состояние. Эти результаты использовал для диаграммы в 1896 г. американский ученый Совер [232].

VI. ПЕРВЫЕ ДИАГРАММЫ В КООРДИНАТАХ ТЕМПЕРАТУРА — ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ

Диаграмма железо — углерод, хотя является важнейшей диаграммой в металловедении, не была первой исследованной диаграммой состояний металлических сплавов. Объяснять это нужно сложными отношениями между железом и углеродом и экспериментальными трудностями, связанными с высокими температурами плавления железа и его сплавов, особенно низкоуглеродных (трудности расплавления этих сплавов, сильное химическое действие Fe и С на огнеупорные материалы при высоких температурах, трудности проведения в этих условиях не только измерений, но и наблюдений).

Попытки установления диаграммы железо — углерод стали возможными после того, как Ле Шателье [143] создал удобный прибор для измерения высоких температур — термоэлектрический пирометр — и были введены в лабораторные опыты электрические печи, т. е. на закате 19 в. История диаграмм состояний вообще начинается с момента возникновения термического анализа.

Первые опыты по определению температур затвердевания двойной системы для нескольких сплавов олова со свинцом провел в 1829 г. в Петербурге Купфер [52]. Шире стал использовать термический анализ для исследования ряда легкоплавких сплавов в 1831 г. шведский физик Рутберг [53]. От исследования удельной теплоемкости металлов он перешел к изучению скрытой теплоты плавления и затвердевания свинца и олова. Проводя соответствующие опыты при охлаждении (Erkaltungsmethode) сплавов различного состава, Рутберг заметил, что снижение температуры задерживалось дважды, причем нижняя остановка происходила всегда при одной и той же температуре. При определенном химическом составе, которому Рутберг приписывал формулу PbSn₃, имела место только одна длинная остановка — нижняя. По мере приближения химического состава сплава к PbSn₃ верхняя остановка все более сближалась с нижней, а продолжительность нижней остановки возрастала, достигая максимума у сплава PbSn₃. Совершенно аналогичное явление Рутберг наблюдал в сплавах Sn — Bi, Zn — Sn и Pb — Bi.

Сплавы, имевшие при затвердевании только одну остановку, Рутберг назвал «химическими сплавами» (Chemische Legierun-gen), так как им соответствуют простые стехиометрические формулы. Только через несколько десятков лет Гутри [123] ввел для этих «химических сплавов» название эвтектика, а тщательно проведенные термические анализы показали, что верхняя остановка, замеченная Рутбергом, является не остановкой, а только уменьшением скорости изменения температуры. Хотя Рутберг не составил диаграмм на основе результатов своих опытов, но в его числовых таблицах уже заложены первые диаграммы двойных систем, затвердевающих с эвтектикой. И хотя Рутбергу вставятся только один шаг до построения диаграмм, так как он располагал всеми необходимыми числовыми данными, первая такая диаграмма для металлических сплавов появилась только 44 гола спустя [98].

Рис. 9

Возникновение диаграмм состояний металлических сплавов в координатах физическое свойство — химический состав относится к диаграммам других систем. Так, в 1859 г. Кольверт и Джонсон [69] составили первые диаграммы сплавов Си — Sn и Zn — Sn в координатах плотность — химический состав. В 1861 г Кольверт, Джонсон и Лоу [74] составили первые диаграммы термического расширения в функции химического состава для сплавов Sb — Pb, Си — Sn и Си — Zn. Наконец, в 1871 г. Таит [96] составил первые диаграммы термоэлектродвижущей силы в функции химического состава для сплавов на свинцовой основе.