Техника - молодёжи 1934-10, страница 28

Так расположены атомы в кристаллике поваренной соли

4W1

В кусочке холодного железа атомы располагаются в углах кубика. Один атом в центре

9 атомов, а потому такая система пространственной решетки названа девятиатомной.

Но у железа есть весьма интересная особенность. Если мы нагреем кусок железа до 906°, то расположение атомов в пространственной решетке резко изменится. Атомы в кубе расположатся так, что кроме углов в центре каждой грани тоже поместится атом, зато из центра атом уйдет и в кубе будет уже не девять, а четырнадцать атомов (че-тырнадцатшатомная система). Такое расположение будет кубом с центрированными гранями. В это время происходит аллотропическое изменение железа (т. е. изменение его физических и химических свойств) и оно приобретает новые свойства (например прt падении температуры ниже 20° олово станет хрупким и рассыпется в порошок— в этом его аллотропические свойства). При нагревании железо претерпевает всего четыре аллотропических видоизменения, при которых меняются его свойства, хотя атомы в пространственной решетке меняются за это время всего два раза.

Если мы возьмем железо и начнем его нагревать, все время точно измеряя температуру, то заметим следующее явление. Когда температура нагреваемого куска достигнет 768°, то некоторое время, несмотря на нагревание, температура самого железа не будет повышаться. Произойдет как бы остановка в повышении температуры, а затем, спустя некоторое время, температура снова начнет подниматься до 906°. На этой температуре— новая остановка в повышении, хотя нагревание идет.

При этой остановке и произойдет большая перестройка, перегруппировка атомов. Из девятиатомной решетки атомы перестроятся в четырнадцатиатомную. На эту перестройку потребуется энергия. Вот почему не повышается температура, так как поступающая теплота расходуется на перемещение атомов. Они, атомы, при этом уплотняются, происходит нечто подобное заводу 'пружины в часах. Тепловая энергия при этом превращается в скрытую теплоту, которая выделяется при охлаждении во время обратной перестройки атомов из четырнадцатиатомной решетки в девятиатомную. При ло дальнейшем нагревании железа снова при температуре 1 401° произойдет остановка и

новая перестройка четырнадцатиатомной решетки в девятиатомную и наконец при дальнейшем нагревании до 1 526° мы снова заметим остановку, при которой железо из твердого состояния перейдет в жидкое и расплавится. После того как железо полностью расплавится, мы можем нагревать его до более высокой температуры.

Теперь будем охлаждать расплавленное железо и снова заметим остановки. Когда расплавленное железо охладится до температуры 1 580°, то несмотря на охлаждение, некоторое время температура будет держаться одна и та же (1 528°). Причина в том, что скрытая теплота плавления снова освобождается и нагревает металл, поддерживая температуру. При дальнейшем охлаждении до 1 401° мы заметим новую остановку, но охлаждая дальше, мы встретимся с новым явлением.

Мы охладим металл до 906°, но не заметим остановки, охлаждение будет продолжаться равномерно дальше, до 898°, только тут произойдет остановка и начнется перегруппировка атомов из четырнадцатиатомной решетки в девятиатомную. Такое запаздывание превращений называется гистерезисом.

Охлаждая дальше, мы заметим также остановку при 768°. Все четыре аллотропических состояния железа имеют свои особенности и обозначаются греческими буквами. Железо при температуре не выше 768° называется железо альфа, от 768 дС 906°—железо бета, от 906 до 1401° —железо гамма, а выше — до точки плавления — железо дельта.

Особенности отдельных аллотропических состояний, или, как их называют, «модификаций», заключаются в различии физических свойств. Так например, железо альфа хорошо притягивается магнитом, между тем как стоит только ему перейти при нагревании в модификацию железа бета, как магнит перестает притягивать железо—оно становится немагнитным. Электропроводность и другие свойства тоже различны при различных состояниях. Но для нас в ознакомлении с закалкой, отпуском и другими процессами особенно интересно явление цементации.

Чтобы понять процесс цементации, возьмем по-

Пространственная решетка железа, состоящая из кубиков

При нагревании железа атомы меняют свои места. Вместо девяти получается четырнадцать атомов. Они располагаются в центре каждой грани, по углам, а центровой атом уходит