Критические точки стали и железа. — К. точками называются такие температуры во время нагревания или остывания стали, при которых совершаются химические изменения и физические превращения, имеющие влияние на свойства стали. Пусть линия t0tn представляет нам термометрическую шкалу нагрева стали от ее холодного состояния t0 до точки плавления tn. Если брусок мягкой стали, который в холодном состоянии сгибается и разгибается без следов трещин, нагреем до температуры t1 и подвергнем его изгибу, то он при этой температуре теряет свою вязкость и легко ломается. Эта К. точка соответствует температуре синей побежалости (см. Побежалости стали), около 375° Ц., а самое явление называется синеломкостью. При дальнейшем постепенном подогреве, перейдя точку t,1 сталь опять приобретает вязкость и гибкость, брусок постепенно удлиняется, температура его правильно повышается, и если нагрев не дошел до температуры t2, то брусок при быстром охлаждении в воде не принимает совсем закалки. Раз только нагрев достиг температуры t,2 брусок перестает удлиняться, повышение температуры на время останавливается и даже происходит понижение ее. При медленном же охлаждении бруска, раскаленного раньше до температуры выше t2, наоборот, брусок, достигнув точки t2, перестает укорачиваться, температура его не только перестает понижаться, но даже, без видимых причин, повышается на несколько градусов и брусок делается светлее. Эта К. точка меняет свое положение в зависимости от твердости стали и соответствует 580—680°, самое же явление называется рекалесценцией (racalescence), самонагревом или бликованием. В этой К. точке сталь претерпевает химические изменения. При нагревании бруска незакаленной стали, карбид, т. е. химическое соединение железа с углеродом (см. Карбид), в точке t2 начинает распадаться с выделением свободного углерода, который растворяется в массе железа. Наоборот, при медленном охлаждении, углерод в точке t2 соединяется с соответствующим количеством железа в карбид. В первом случае химическое изменение вызывает поглощение теплоты, во втором — выделение [1]. К. точка t2 еще в 70-х годах была замечена нашим металлургом Д. К. Черновым, который определил ее значение следующим образом: сталь, нагретая ниже точки а, не закаливается. При дальнейшем подогреве, если только нагрев не дошел до температуры t3, сталь хотя начинает принимать закалку, но по виду излома можно предположить, что в ней не совершается заметной перегруппировки частиц, потому что после медленного или быстрого охлаждения структура стали остается та же, что и до нагрева. Когда нагрев дошел до температуры t3 (точка в Чернова), перегруппировка совершается быстро, ибо после охлаждения брусок переменяет свою структуру из крупно в мелкозернистую. Следует предположить, что при этой температуре размягченные зерна или кристаллы стали слипаются между собой и образуют воскообразную массу аморфного сложения, которая при охлаждении ниже температуры t3 остается уже без перемены. При медленном охлаждении бруска, нагретого выше температуры t3, опять масса стали распадается на отдельные кристаллы или зерна и степень кристаллизации будет зависеть от удаления этой температуры вправо от точки t3 и от времени, сколько прошло для ее понижения до точки t3. Этой кристаллизации можно воспрепятствовать быстрым охлаждением бруска до температуры низшей t3, ниже которой кристаллизация уже не совершается. Таким образом, К. точка t3 представляет границу, где кончается кристаллизация при медленном охлаждении раскаленной стали. В зависимости от состава стали и главным образом от содержания углерода точка t3 находится между 700°-800°. Кроме вышеупомянутых явлений, замеченных Д. К. Черновым, по новейшей гипотезе Осмонда, в этой точке совершается превращение железа из одного состояния в другое. По его исследованиям, в незакаленной или хорошо отожженной стали железо находится в некотором нормальном, мягком состоянии α, в закаленной же — в ненормальном, твердом состоянии β (железо закала). Во время нагрева незакаленной стали, железо а в точке t3 переходит в железо β, причем замечается поглощение теплоты. При медленном же охлаждении раскаленного бруска от температур высших t3, в этой точке железо β переходит в железо α с выделением тепла. Для такого перехода нужен некоторый промежуток времени, при недостатке которого этот последний переход или вовсе не имеет места, или же совершается не вполне. Таким образом, быстрым охлаждением сообщается стали твердость, при медленном же охлаждении получается сталь мягкая. Эта К. точка непостоянна и в зависимости от твердости стали меняет свое положение. Чем сталь мягче, тем она больше удаляется от t0 и наоборот. Кроме того, в зависимости от сорта стали, таких К. точек, где совершается преобразование железа, существует несколько (t3, t4), приблизительно в пределах 700—855° Ц. Так, например, при медленном охлаждении разных сортов стали К. точки соответствуют приблизительно следующим температурам:
| t4. | t3. | t2. | |
|---|---|---|---|
| Железо электролитическое | 855° | 830 | нет |
| Сталь мягкая | 822° | 730 | 680 |
| Сталь полутвердая | нет | 700 | 660 |
| Сталь твердая | » | нет | 630 |
| Сталь с 1% Mn и 0,5% С | » | 658 | 595 |
| Вольфрамистая сталь | » | нет | 517 |
| Сталь с 4% Ni и 0,2% С | » | 645 | 550 |
При твердой стали точка превращения железа сливается с темп. рекалесценции. Наконец последней К. точкой для стали есть температура ее плавления tn, которая тоже меняется в зависимости от содержания углерода. По новейшим исследованиям точка плавления:
| для чистого железа | 1500° Ц. |
| для стали с 0,1% С | 1475° Ц. |
| для стали с 0,3% С | 1453° Ц. |
| для стали с 0,9% С | 1410° Ц. |
| для белого чугуна с 0,22 Si и 0,1% Mn | 1085° Ц. |
Эта точка замечается очень ясно вследствие сильного поглощения теплоты. С момента застывания стали до температуры около 800° не замечается уже никаких признаков К. точек, но для чугунов, выделяющих графит, замечается остановка охлаждения и выделение тепла при точке t5, отстоящей приблизительно на 150° от точки плавления чугуна.
Литература. Д. К. Чернов («Записки Имп. Техн. Общ.», 1868); Barret, «Proc. Roy. Soc.» (1889); Brinell, «Stahl und Eisen» (т. V, 1886); Osmond, «Théorie cellulaire des proprietés de l’acier» («Annales des Mines» 1885; «Горный Журнал», т. III, 1886); Osmond, «Transformations du fer et du carbone dans les fers, les aciers et les fontes blanches» (1888); Müller, «Stahl und Eisen» (1891; «Горный Журнал» 1892); Georges Charpy, «Sur la transformation allotropique du fer sous l’influence de la chaleur» («Comptes Rendus», 1894); Osmond («Comptes Rendus», 1894); «Berg und Hüttenmännische Zeit.» (1890 и 1893).