Взгляды на сплавы железа с углеродом до 1800 года. Установление теории растворов и первая диаграмма Fe-С Робертс-Аустена, страница 2

Первым, кто, не будучи убежден теорией флогистона, пытался с совершенно другой точки зрения объяснить разницу между железом, сталью и чугуном, а также объяснить процессы, происходящие в стали при термической обработке, был француз Реамюр. В своем классическом труде [18], посвященном получению стали и ковкого чугуна (опубликован в 1722 г.), Реамюр на основе результатов многочисленных опытов по получению стали высказал взгляд, что разница между железом, сталью и чугуном (белым) заключается только в неодинаковом содержании «соли и серы». Меньше всего этих субстанций содержит железо, больше — сталь, больше всего — чугун. В процессе получения стали из железа «соли и серы» поглощаются материалом, а в процессе получения стали из чугуна — частично удаляются. Если вместо названия «соли и серы» мы подставим слово «углерод», то увидим, что взгляды Реамюра в основе совпадают с нашими современными представлениями о сплавах железа с углеродом. Реамюр не уточнил, что это за «соли и серы». Можно предположить, что он находился под влиянием выдвинутой в 16 в. Парацельсем теории, по которой существуют три главных элемента: сера, соль и ртуть,

Реамюр [18] также первый высказал мысль, что термическую обработку стали следует объяснять происходящими в ней внутренними изменениями. К такому выводу он пришел в результате экспериментальных исследований, которые должны были показать, проникает ли что-нибудь из огня или воды в сталь в процессе закаливания и придает ей твердость, или огонь удаляет из стали газовые (воздушные) субстанции, понижающие твердость, а быстрое охлаждение делает невозможным возврат этих субстанций в сталь. Опыты опровергли обе эти гипотезы: вес в результате закаливания не возрастал, а при постепенном охлаждении в вакууме (вместо быстрого охлаждения в воде) не было обнаружено повышения твердости. Оставалась третья гипотеза — внутренние изменения. Эти внутренние изменения Реамюр истолковывал несколько случайным, хотя и очень интересным образом. Он утверждал, что когда сталь нагревается до температуры закаливания, «соли и серы» выделяются из зерен и заполняют пространство между ними (рис. 1).

При медленном охлаждении «соли и серы» возвращаются в зерна, при быстром охлаждении этот процесс не успевает произойти. Поэтому «соли и серы» остаются между зернами, затвердевают там и образуют как бы цемент, связующий зерна, что и 10

является причиной повышения твердости. При отпуске стали создаются условия, позволяющие этим субстанциям в большей или меньшей степени вернуться в зерна. Такое объяснение внутренних изменений Реамюр дал на основании исследований под микроскопом изломов стали (рис. 2). В том же труде Реамюр подчеркивает, что при закаливании стали надо нагреть ее выше определенной температуры, причем эта температура должна быть тем выше, чем меньше «солей и сер» заключено в стали.

Рис. 1

Хотя металлурги издавна считали, что железо, сталь и чугун являются разновидностями одного и того же металла, а Реамюр дал сенсационное по тем временам объяснение различия между этими разновидностями, вопрос еще не был и не мог быть решен на тогдашнем уровне развития химии.

Первые открытия, объясняющие разницу между железом, сталью и чугуном, принадлежат шведским ученым второй половины 18 в., химикам Шееле и Бергману и металлургу Ринману.

Рис. 2

Шееле [34] в 1779 г. показал, что осадок, остающийся после растворения чугуна в разбавленной серной кислоте, является родом графита, и этот графит заключает в себе те же главные элементы, что и древесный уголь. Он высказал предположение, что графит является каким-то соединением углерода. Особенно обширными и плодотворными были исследования Бергмана и Ринмана. Бергман [28], пользуясь методом растворения, провел несколько сот опытов над разными видами железа и в 1781 г. пришел к выводу, что сталь отличается от железа главным образом содержанием углеродной субстанции — «графита» (plumbago). В то время как содержание графита в железе (ferrum ductile) составляет 0,05—0,2%, сталь (chalybs) содержит 0,2—0,8% графита, чугун (ferrum crudum)  еще больше — от 1 до 3,3%.