Возражения против теории двойной диаграммы. Единая диаграмма П.Гёренса (1907 г.). Диаграмма Гутовского (1909 г.)

XIV. ВОЗРАЖЕНИЯ ПРОТИВ ТЕОРИИ ДВОЙНОЙ ДИАГРАММЫ.

ЕДИНАЯ ДИАГРАММА П. ГЁРЕНСА (1907 г.).

ДИАГРАММА ГУТОВСКОГО (1909 г.)

В то время как Ле Шателье [264], Стенсфилд [274], Гейн [305], Шарпи [314] и Бенедикс [319] считали, что углерод может быть растворен в жидком и в твердом железе как в виде карбида, так и в виде графита, и в каждом из этих видов может выделяться из жидкого или твердого раствора выражением чего должна была бы быть двойная диаграмма, другая группа ученых во главе с Вюстом [328, 329, 368] и П. Гёренсом [322, 333] считала, что углерод растворен как в жидком, так и в твердом железе всегда в виде карбида и только в таком виде из этих растворов и выделяется, а графит возникает только путем распада выделенного карбида. Согласно этому мнению, вторая группа ученых ставила под сомнение правильность двойной диаграммы и предполагала, что право на существование в диаграмме имеют только линии, соответствующие карбидной системе. Линии же графитной системы (при желании выделить таковые) должны совпадать с линиями карбидной системы. По мнению сторонников двойной диаграммы, линии обеих систем могли быть расположены и очень близко друг от друга, однако совпадение их теоретически невозможно.

Появление взглядов, представленных сторонниками единой диаграммы, было связано с исследованиями Вюста [3281 1905— 1906 гг.

На основе термического исследования 20 сплавов системы Fe — С с наибольшим содержанием углерода (от 2,56 до 4,82%), приготовленных специально для этой цели из очень чистого шведского железа и углерода из сахара, Вюст утверждал, что эвтектическое затвердевание происходит всегда при температуре 1130° С, в связи с чем нет никакой разницы между стабильной (графитной) системой и метастабильной (цементитной). Вюст сделал отсюда вывод, что образование графита надо приписать распаду твердого раствора или выделенного карбида.

Этот взгляд развил далее в 1906—1907 гг. коллега Вюста П. Гёренс [322, 333]. В то время как Вюст оставлял открытым вопрос, является ли графит продуктом распада твердого раствора или карбида, Гёренс считал, что графит всегда является продуктом распада выделившегося карбида. Свой взгляд Гёренс частично обосновывал физико-химическими расчетами, но главным образом термическим и микроскопическим анализом процесса затвердевания и плавления белых и серых чугунов.

Рассматривая процесс затвердевания сплавов Fe — С с большим содержанием углерода, чем в эвтектике (4—4,2%), Гёренс обратил внимание на то, что если бы по линии BD(см. рис. 25) графит выделялся прямо из жидкости, то сейчас же после выделения он всплывал бы на поверхность жидкости, так как его удельный вес почти в 3,5 раза меньше удельного веса чугуна. Даже если бы весь графит не смог всплыть, то его размещение после затвердевания должно было быть очень неравномерным, т. е. застывший сплав должен был бы содержать больше графита в верхней части (ближе к поверхности), в то время как при микроскопическом наблюдении это не обнаружено. В подтверждение своей аргументации Гёренс указал на серый чугун, содержащий 7,5% С, с совершенно равномерным распределением графита (рис. 26).

По мнению Гёренса, графит не может выделиться прежде, чем не выкристаллизуется некоторая часть карбида, с другой стороны, кристалл карбида тотчас же после выделения может подвергнуться распаду. Кроме того, температуры, при которых образуется графит, сливаются с температурами кристаллизации цементита (эта же линия B'D', см. рис. 25). К подобному выводу относительно слияния линий Гёренс пришел, изучая эвтектический графит и графит, образовавшийся из твердого раствора (углерод закалки). Другим аргументом в пользу теории Гёренса должны были быть результаты наблюдения температуры плавления серого чугуна. Наконец, Гёренс подчеркивал, что отдельные линии графитной системы, фигурирующие в диаграмме Бенедикса (см. рис. 25), небыли открыты экспериментально, а носили характер гипотезы. Опираясь на свою теорию, Гёренс [322, 333] изъял из диаграммы Бенедикса линии, соответствующие стабильной системе, и дал в 1907 г. две диаграммы железо — углерод (метастабильную и стабильную) с тождественным положением характерных точек и линий. До тех пор, пока не было достаточных экспериментальных подтверждений существования отдельных линий стабильной системы, выводы Гёренса казались убедительными. Его диаграмма, более простая и яснее других представляющая известные явления, была принята и тщательно уточнена многими современными и позднейшими учеными. Однако кажется странным, что Гёренс в своей теории допускал возможность образования серого чугуна, содержащего до 7,5% С, т. е. больше, чем содержит цементит. Поскольку Вюст [328] первым высказал мнение, что существует только одна линия возникновения эвтектики и что графит не может выделяться прямо из жидкости, Евангулов [384] предлагал называть единую диаграмму Fe — С диаграммой Гёренса — Вюста.