Развитие теории растворов. Диаграмма Юптнера (1898 г.). Вторая диаграмма Робертс-Аустена (1899 г.)

ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ РАСТВОРОВ.

ДИАГРАММА ЮПТНЕРА (1898 г.).

ВТОРАЯ ДИАГРАММА РОБЕРТС-АУСТЕНА (1899 г.)

Выдвинутую Ле Шателье [234] теорию растворов стали развивал дальше в 1898 г. австрийский ученый Юптнер [245, 246]. Проводя аналогию между жидкими сплавами железа с углеродом и разбавленными растворами солей, Юптнер провел ряд физико-химических вычислений. Опираясь на формулы Ван Гоффа [170], он подсчитывал понижение температуры плавления железа под влиянием углерода; кроме того, он вычислял абсолютную величину молекулы углерода, растворенного в железе (как в жидком, так и в твердом растворе), осмотическое давление углерода в железе и теплоту растворения углерода в железе. Юптнер стоял на позициях Кэмпбелла [252], по мнению которого в сплавах железа с углеродом, кроме карбида Fe₃C, могут существовать еще полимеры n(Fe₃С). Состав карбида, выделенного из твердого раствора, должен зависеть, по мнению Юптнера, от концентрации раствора и температуры, в которой происходит это выделение. Юптнер подчеркивал, что это явление аналогично тому, какое имеет место в водных растворах некоторых солей, например хлористого железа Fe₂Cl₆, сульфата марганца MnS0₄ или сульфата натрия Na₂SO₄, из которых в зависимости от температуры кристаллизации могут выделяться гидраты с разной степенью гидратации. Опираясь на собственные вычисления и теоретические рассуждения, а также на результаты, полученные предшественниками, главным образом Осмондом и Арнольдом, Юптнер опубликовал в1898 г. свою диаграмму железо — углерод (рис. 13), распространяющуюся до содержания 4,6% С (диаграммы Робертс-Аустена 1897 г. Юптнер тогда еще не знал).

Теория растворов в том виде, в каком она была представлена Юптнером, казалась мало обоснованной и не была полностью принята современниками. Эта теория имела ряд слабых сторон и недостатков. Формулы, на которые опирался Юптнер в своих вычислениях, были правильны только для разбавленных растворов, и их нельзя было использовать, как это делал Юптнер, для сплавов с большим содержанием углерода. Вычисления требовали принятия предположений о природе вещества, выделяющегося из жидкого раствора. Юптнер в своих вычислениях исходил из предпосылки, что это чистое железо (хотя на диаграмме он показал, что выделяются кристаллы твердого раствора). Именно поэтому, основанная на его теории диаграмма Fe—С, лишенная в своей большей части экспериментальных доводов (многие линии были нарисованы приблизительно), не получила широкой известности и не была даже предметом дискуссии.

Рассматривая диаграмму Юптнера с современной точки зрения, надо признать, что его диаграмма имела, по тем временам, то преимущество над экспериментальной диаграммой Робертс-Аустена, что все ее поля были замкнуты и в ней не было обрывающихся линий. Диаграмма Юптнера, возникшая через год после диаграммы   Робертс-Аустена,   не представляла собой промежуточного звена в историческом развитии диаграммы железо — углерод; она возникла в стороне, а развитие диаграммы пошло по линии, начатой в 1897 г. Робертс-Аустеном.

Робертс-Аустен продолжал свои экспериментальные работы над диаграммой Fe—С, используя значительно более точную аппаратуру, и в 1899 г. выступил в Alloys Research Committee со своим известным пятым докладом [255], целиком посвященным

системе железо — углерод.

Рис. 13.

В этом докладе Робертс-Аустен представил диаграмму железо — углерод уточненной в результате новых термических и микроскопических исследований и теоретических рассуждений; здесь тщательно была подчеркнута аналогия между сплавами железа с углеродом и водными растворами солей. Для этих опытов Робертс-Аустен использовал специально приготовленные материалы: электролитическое железо, 25 проб основной мартеновской стали с содержанием углерода от 0,07 до 1,8% (имеющих от 0,21 до 0,3% Мп и только следы Si), а также ряд серых чугунов, полученных путем цементирования чистого железа в электропечи.

Важнейшим новшеством по сравнению с предыдущими (1897 г.) термическими исследованиями явилось введение Ро-бертс-Аустеном дифференциального метода, значительно более чувствительного, чем обычный.    Благодаря этому методу можно

Рис. 14.

было обнаруживать малейшие тепловые эффекты; полученные кривые охлаждения показывали значительно большие остановки.