Из истории диаграммы железо — углерод

Среди всех диаграмм равновесия металлических сплавов^[1][2] самое большое практическое значение имела и имеет диаграмма железо — углерод, так как наиболее широко используемыми в технике металлическими материалами являются сплавы железа с углеродом.

Диаграмма железо — углерод — результат практического использования стали и чугуна в промышленности. Па этой основе появились важнейшие металловедческие понятия о связи состава, строения и свойств металлов и сплавов, возникла наука металловедение, исследующая макрои микроструктуру и металла, и изменения физических свойств металла (механических, электрических, магнитных, тепловых и др.) в зависимости от изменения его структуры, создана теория термической обработки.

Первые исследования диаграммы того периода времени (Р. Реомюр, 1722), когда не существовали еще представления современной химии, шли в направлении установления роли углерода в сплавах на основе железа. Было известно (1600), что при температуре «красного каления» сталь утрачивает магнитные свойства.

Соответствие температуры нагрева цвету постепенно нагреваемой стали (может изменяться в зависимости от освещения):

• • буро-красный — 500 °C;
• • темно-красный — 600 °C;
• • красный — 700 °C;
• • темно-вишневый — 800 °C;
• • вишневый — 900 °C;
• • светло-вишневый — 1000 °C;
• • оранжевый — 1100 °C;
• • светло-оранжевый — 1200 °C;
• • ярко-оранжевый — 1300 °C;
• • желтый — 1400 °C;
• • белый — 1500 °C.

После установления одного из основных законов химии — закона постоянства состава химических соединений («закон постоянных отношений», Дж. Дальтон, 1803) и введения системы химических символов (Й. Берцелиус, 1814), экспериментально было установлено (1824), что углерод в сплавах с железом может находиться в трех видах: 1) в свободном виде как графит; 2) в связанном виде как химическое соединение железа с углеродом; 3) связанным со всей массой железа, что соответствует современному понятию твердого раствора. При этом в стале и белом чугуне углерод находится только в связанном состоянии, а в сером чугуне главным образом в свободном.

В 1888 г. было определено, что химическое соединение железа с углеродом (карбид) соответствует формуле Fe₃C с содержанием 6,66% С.

Настоящий век железа и стали начался во второй половине XIX в., когда в промышленных масштабах начали использовать бессемеровский процесс передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива (1855) и мартеновский способ производства стали заданного химического состава (1865). Стремительный прогресс металлургии железа определил развитие исследований сплавов железа с углеродом одновременно в двух направлениях — исследования открытых Д. К. Черновым критических точек, при которых в стали происходят внутренние превращения, и определение аллотропической^[3] природы железа.

• [1] Тыркель Е. История развития диаграммы железо—углерод: пер. с польск. / под ред. д-ра техн. наук И. И. Сидорина. М.: Машиностроение, 1968.
• [2] Диаграммы состояния двойных металлических систем: справочник: в 3 т. / под общ. ред. II. П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1992—2001.
• [3] «Аллотропия» (от греч. alios — другой и hypos — поворот, свойство) введено Й. Берцелиусом (1841) для существования химического элемента в различных кристаллических формах (например, графит и алмаз), какчастный случай (греч. polys — многий + morfe — форма).