Взгляды на сплавы железа с углеродом до 1800 года. Установление теории растворов и первая диаграмма Fe-С Робертс-Аустена, страница 5

Таким образом, немецкий ученый Карстен, автор известного учебника по металлургии, изданного в 1816 г., имел уже иные теоретические возможности подхода к сплавам железа с углеродом,   особенно в позднем   периоде   своей   исследовательской

Рис.  5.

деятельности. Карстен [41, 47] решительно отбросил гипотезу о кислороде, как неотъемлемой части чугуна, хотя бы только серого, подверг сомнению противоречащий опытам взгляд, по которому серый чугун всегда заключает в себе больше углерода, чем белый, и первый высказал тезис, что причины различия между серым и белым чугуном нужно искать не в разном содержании углерода, а в различных видах, в которых углерод находится в этих сплавах. Свои широкие исследования Карстен посвятил именно определению видов углерода в сплавах с железом.

Вследствие аналитических трудностей Карстен [47] старался определить вид углерода в сплавах с железом также косвенным путем — при помощи наблюдения и анализа всех явлений, какие имеют место в этих сплавах при нагревании, плавлении, застывании, растворении в кислотах и т. д. Особенно тщательному анализу он подверг влияние скорости затвердевания на вид полученного сплава, процесс превращения белого чугуна в серый и наоборот, а также процесс цементирования железа — т. е. явления, какие химики вообще не принимали в расчет. Кроме того, он всесторонне исследовал осадки, остающиеся после растворения разных сплавов железа с углеродом в соляной, серной и азотной кислотах.

Эти опыты привели Карстена в 1824 г. к выводу, что углерод в сплавах с железом может выступать в трех видах [47]: 1) в свободном виде как графит, причем этот графит является чистым углеродом, а не соединением углерода с железом, как до этого считали; 2) в связанном виде как химическое соединение железа с углеродом, которое он назвал поликарбидом (Роlycarburett); 3) связанным со всей массой железа, что, по нашим современным понятиям, соответствует твердому раствору.

На основании полученных результатов Карстен утверждал, что в слитках железа, в стали и белом чугуне углерод выступает только в связанном виде, а в сером чугуне главным образом в свободном.

Углерод, связанный со всей массой железа, наблюдается в случае быстрого охлаждения, когда химическое соединение определенного состава не успевает выделиться. Основываясь на установленных Берцелиусом атомных весах, Карстен считал соединение, выделенное из мягкой стали, шестикарбидом (Sechs-karburett); соединению, выделенному из белого чугуна, он приписывал формулу Fe₂C (Subcarburett), что должно было соответствовать максимальному количеству углерода (5,3%), которое может быть поглощено железом в жидком состоянии. Необходимо отметить, что Карстен не принимал во внимание присутствия марганца.

В 1822 г. появилась теория англичанина Мак Галлоч [44]. Мак Галлоч различал два вида графита: чистый металлический графит (plumbago) и окисленный графит (black lead), являющийся окисью металлического графита. По теории Мак Галлоча белый чугун должен был содержать металлический графит, а серый чугун — окисленный графит. Мак Галлоч не был еще уверен в том, какой из видов графита нужно отождествлять с углеродом.

Обширные исследования графита, которые были проведены в 1829 г. шведским химиком Сефстромом [50, 51], подтвердили положение Карстена о том, что графит является чистым углеродом. Труды Карстена представляют в какой-то степени переломный период в развитии взглядов на сплавы железа с углеродом. В результате работ Карстена химическое строение сплавов было в какой-то мере выяснено. Поэтому нет ничего удивительного, что некоторые авторы учебников по металловедению начинали описание системы железо — углерод с упоминания о трудах Карстена.

Исследования Карстена не дали еще удовлетворительного представления о количественной оценке отношений между углеродом и железом в их связанном виде. Аналитические возможности химии того времени не были еще достаточными для полного разрешения этой проблемы. Определить химический состав соединения железа с углеродом после многократных безуспешных попыток удалось только через 60 лет.