Взгляды на сплавы железа с углеродом до 1800 года. Установление теории растворов и первая диаграмма Fe-С Робертс-Аустена, страница 26

В результате микроскопических исследований Шарпи [277] пришел к заключению, что перлит имеет строение, очень напоминающее строение эвтектических сплавов. Поразительная аналогия между структурой стали и структурой сплавов Sn—Bi привела его к выводу, что стали построены из железа и карбида так же, как и сплавы Sn—Bi построены из олова и висмута, причем перлит (содержащий 0,89% С) соответствует эвтектическому сплаву.

Проведенные термические и микроскопические исследования показывали также, что в сплавах и в растворах солей не всегда выделяется эвтектика. Ле Шателье [209, 210, 211, 212] установил, что у некоторых водных растворов и сплавов солей, а также сплавов металлов (например, сульфат калия — хромат калия, висмут — сурьма) не происходит разделения компонентов при затвердевании, такие растворы и сплавы затвердевают в виде кристаллов, содержащих одновременно оба компонента в разных количественных соотношениях. Эти растворы (соответственно сплавы) Ле Шателье называл введенным Ван Гоффом [170] термином «изоморфные смеси» (melange isomorphe). Оказалось, что «кривые плавкости» таких систем имеют непрерывный ход от температуры плавления одного элемента до температуры плавления другого элемента.

Робертс-Аустен и Осмонд [284], занимаясь исследованием влияния включений на свойства металлов (в частности, золота), утверждали, кроме того, что эти включения могут образовывать с соответствующим металлом эвтектики или также могут быть целиком или частично равномерно растворены в массе твердого металла, как и в жидком металле. Исследования Ле Шателье [212], как и исследования Робертс-Аустена и Осмонда [284], указывали, таким образом, на то, что в определенных случаях два металла могут быть соединены между собой в застывшем сплаве так же, как в жидком растворе, т. е. могут образовывать как бы «твердый раствор». Такое именно понятие «твердого раствора», употребляемое Ван Гоффом [170], применил к стали Ле Шателье [234] в своем классическом труде, опубликованном в 1897 г. Эта работа Ле Шателье [234] имела огромное значение для металловедения вообще, так как в ней впервые была выдвинута теория твердых растворов металлических систем, а для теории сплавов железа с углеродом и для диаграммы железо — углерод в особенности.

Опираясь на открытую Шарли [277] аналогию между строением перлита и строением эвтектических сплавов, Ле Шателье распространил эту аналогию дальше, утверждая, что подобно тому, как эвтектический сплав образуется в результате распада жидкого раствора с определенным для данной системы составом, так перлит образуется в результате распада твердого раствора железа с углеродом, содержащего 0,89% С. Как в сплавах, отличающихся по составу от эвтектического, сначала выделяется компонент, имеющийся в большем количестве (по сравнению с эвтектическим составом), так в сплавах железа с углеродом (сталях) при содержании углерода более или менее 0,89%, при медленном охлаждении выделяется сначала феррит или цементит. В этом труде впервые было признано, что при высоких температурах сталь представляет собой твердый раствор железа и карбида железа. Так возникла теория растворов стали. Для твердого раствора карбида железа в железе Ле Шателье сохранил введенное Осмондом [277] название мартенсит. Этот мартенсит при охлаждении выделяет, по мнению Ле Шателье, сначала феррит или цементит, а достигнув эвтектического состава (0,89% С), становится гарденитом, который при эвтектической температуре превращается в перлит; этому изменению сопутствует выделение тепла, как это имеет место при затвердевании жидких эвтектических растворов. Быстрое охлаждение (закалка) предотвращает твердый раствор от распада. В данной Ле Шателье теории растворов стали кроется уже наполненная структурным содержанием часть диаграммы железо — углерод, хотя она не была дана непосредственно в графической форме.