Железо

Вы задумывались, сколько железа люди выплавили о за почти три тысячи лет с начала железного века?

Сколько топоров, мотыг, украшений, доспехов, оружия, кораблей, танков, арматуры, автомобилей, мостов, обшивки космических аппаратов и чугунных унитазов человечество произвело и куда-то потеряло? Да, много, и продолжает. Черная металлургия живет и здравствует рядом с нами.

Разумеется, “технически чистое железо” очень дорого, сложно, и редко где нужно. А вот сплавы железа с углеродом – эти ваши чугуны и стали – используются повсеместно. Если углерода в соединении меньше 2.14% – у нас получилась сталь, это круто. Углерода меньше 0.02% – это то самое “технически чистое железо”. Если от 2.14% до 6.67% – чугун, ну, неплохо, но хрупко. Если больше 6.67% то это брак, идите на декарбонизацию (да, даже сотую долю нельзя проморгать).

А все потому что углерод это вредитель и от него стараются избавляться. В чугуне его больше, чем в стали, и поэтому чугун более хрупкий (с другой стороны, он куда дешевле…). Углерод не единственная вредная примесь, но ей аж целую диаграмму посветили, о чем ниже. Собсна, суть производства стали – удалить из чугуна как можно этой примеси, а еще выжечь кремний, марганец, фосфор и т.д.

Диаграмма фазового равновесия (она же диаграмма состояния сплавов Fe3C) показывает, что происходит с тем или иным сплавом железа с углеродом при определенной температуре. Железо по гендеру полиморфное, у него могут быть разные кристаллические решетки (а значит и свойства готовой детали). В общем виде это называется “фазами” (именно они обозначены на диаграмме буквами А, Л, Ц, П, Ж и др.) – когда в одной части детали у тебя одна кристаллическая решетка, а потом начинается поверхность раздела за которой уже другая фаза, с другой решеткой и другими свойствами. Может быть не теми, которые мы в итоге хотим получить.

Разумеется, самый простой способ расшевелить и изменить решетку, это прогреть ее до нескольких сотен градусов. И не надо думать “а зачем, если в итоге все остынет до нижней полоски”. Просто добавь немного легирования – и условный аустенит (А) останется аустенитом даже после остывания. Легирование это отдельная тема в металлургии и материаловедении… В общем, огромная таблица Менделеева это круто, но люди могут вырастить целую науку из сплава всего двух ее элементов.