Часть вторая. ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ

Глава VI. ДИАГРАММА ЖЕЛЕЗО—УГЛЕРОД

1. Историческая справка

Железоуглеродистые сплавы — стали и чугуны — важнейшие металлические сплавы современной техники. По объему производства чугуна и стали намного более чем в 10 раз превосходит производство всех других металлов, вместе взятых.

По объему производства стали СССР занимает первое место в мире.

Диаграмма состояний железо—углерод, которая будет рассмотрена в этой главе, дает основное представление о строении железоуглеродистых сплавов — сталей и чугунов.

Начало изучению диаграммы железо — углерод (а также железоуглеродистых сплавов и процессов термической обработки) было положено работой Д. К. Чернова «Критический обзор статей Лаврова и Калакуцкого о стали и стальных орудиях и собственные исследования Д. К. Чернова по этому же предмету», опубликованной в 1868 г. Этот год можно считать годом возникновения науки металловедения, так как впервые были обнаружены структурные изменения в металле. В этой работе Чернов впервые указал на существование в стали критических точек и на зависимость их положения от содержания углерода. Тем самым, Чернов дал первое представление о диаграмме железо — углерод.

Впоследствии свои высказывания о влиянии углерода на положение критических точек Чернова изобразил графически (рис. 128), воспроизведя при этом очертания важнейших линий диаграммы железо — углерод.

Работ по изучению железоуглеродистых сплавов и по построению диаграммы железо — углерод чрезвычайно много, и усилиям многих исследователей мы обязаны современными знаниями о строении этих сплавов.

Важнейшие работы по построению диаграммы железо — углерод относятся к последней четверти прошлого века.

Д. К. Чернов определял положение критических точек на глаз, по цветам каления стали. Знаменитый французский исследователь Ф. Осмонд, воспользовавшись только что изобретенным Ле-Шателье пирометром, определил положение критических точек, описал характер микроструктурных изменений при переходе через критические точки и дал названия основным структурам железоуглеродистых сплавов.

Образование твердых растворов при нагреве было замечено Робертс-Аустеном (Англия) и доказано с помощью прямого металлографического анализа Ле-Шателье (Франция), А. А. Байковым и Н. Т. Гудцовым (Россия).

Используя эти данные, а также разработанную Д. Гиббсом (Канада) теорию фазовых равновесий, голландский ученый Г. Розебум, а также Робертс-Аустен представили первый вариант диаграммы железо — углерод. Неполнота сведений не позволила им построить достаточно полную диаграмму, отвечающую действительному фазовому равновесию. Лишь к концу прошлого века немецкий ученый П. Геренс,

использовавший опыт своих предшественников и новые данные по микроструктурному и термическому анализу железоуглеродистых сплавов, привел в своей книге диаграмму железо — углерод, достаточно близкую ровременному варианту. Позже в связи с совершенствованием в методике исследования сплавов были внесены хотя и существенные, но не принципиальные уточнения. Изучение диаграммы продолжается и сейчас. Нельзя предположить, что будут внесены такие изменения, которые преобразуют вид диаграммы, но количественные изменения, связанные с положением линий равновесия в связи с применением все более чистых сплавов и все более точных методов исследования, происходят непрерывно.

Диаграмма железо—углерод, как ясно из названия, должна распространяться от железа до углерода.

Железо образует с углеродом химическое соединение: цементит —

При разборе диаграммы с устойчивыми химическими соединениями указывалось, что каждое устойчивое соединение можно рассматривать как компонент, и диаграмму можно рассматривать по частям.

Рис. 138.

Так поступим и сейчас, рассматривая только часть системы от железа до химического соединения — цементит). Это не только упрощает нашу задачу знакомства с системой, но оправдано еще и тем, что на практике применяют металлические сплавы с содержанием углерода не более (цементит содержит углерода

Следовательно, рассматривая диаграмму железо—углерод в участке от железа до цементита, компонентами системы можно считать железр и цементит. В таком случае до рассмотрения системы следует ознакомиться со свойствами и строением этих компонентов.