Железо и его сплавы
В списке важнейших для человеческой цивилизации металлов первое место по праву занимает железо. Причина кроется в том, что железо обладает целым комплексом замечательных свойств, в первую очередь высокой прочностью и твердостью. Если мы хотим похвалить в человеке какое-либо его качество, мы нередко сравниваем его с железом: «железные нервы», «железный характер», «железный человек». Во всех этих бойких выражениях непроизвольно отдается дань высокого уважения самому скромному и самому незаменимому металлу нашей жизни. Трудно перечислить то огромное количество окружающих нас в обиходе вещей, приборов, устройств, машин и сооружений, которые человек создал из железа. Гораздо проще, наверно, назвать те вещи, в которых железа нет.
Впрочем, хочу сразу оговориться: ни я сам, ни кто-либо из вас, никогда не видел истинно железных, то есть изготовленных из чистого железа, изделий. Потому что железа в собственном смысле этого слова на Земле всего лишь несколько сотен граммов, да и те — только в отдельных крупных лабораториях научных институтов. Чистое железо баснословно дорого и не обладает к тому же особой прочностью. Все то, что мы в жизни не совсем точно называем «железным», «из железа», на самом деле изготовлено из простой, обычной стали.
«Простая, обычная сталь...» Инженер сразу же поморщится, прочитав такую фразу. Потому что она неверна. Раскройте любой технический справочник — вы увидите в нем десятки, сотни различных названий стали. Которую же из них считать «обычной» сталью?
Инженеры относят сталь к так называемым черным металлам. Название «черных» эти металлы — стали и чугуны — получили потому, что в момент своего рождения из железной руды они никак не могут обойтись без угля. «Колыбелью», рождающей черные металлы, чаще всего служит домна— громадная печь высотою с 10— 15-этажный дом. В домну загружают руду, смешанную с углем (коксом), и поджигают. Углерод кокса, сгорая, выделяет много тепла, температура в гигантской печи-домне поднимается до 1600— 1900°С, и в черном дыму и пламени руда плавится, выделяя железо. (На самом деле все, конечно, чуточку сложнее.)
Жидкое, расплавленное железо способно растворять в себе многие посторонние вещества, как растворяет сахар горячая вода. Находясь в домне, железо может растворить даже ее стенки, выложенные из специального кирпича,— если ему не помешать, конечно. И ему «мешают» : добавляют в домну все новые и новые порции руды и кокса, а расплавленное железо то и дело из домны сливают («выпускают») в специальные ковши.
Однако часть углерода кокса успевает раствориться в железе. Когда выпущенный из домны металл застынет в ковше, он будет темный по цвету. Это и есть первый из «черных» металлов, полученных на основе железа,— чугун.
И чугун и сталь — это сплавы углерода с железом. Только в стали углерода поменьше, чем в чугуне. Для получения стали чугун продувают кислородом, углерод при этом «выгорает», а из чугуна образуется сталь.
В чистом железе без остатка может раствориться не более 2% углерода. Сплавы, содержащие до 2% углерода, называют сталями; сплавы, в которых более 2% углерода (обычно от 2 до 5—6%),— чугуном. Углерод в чугуне содержится с избытком, поэтому в момент застывания металла в ковше он выделяется в виде мельчайших чешуек, хлопьев или шариков, располагаясь более или менее равномерно между зернами стальных кристаллов. Это приводит к значительному (в сравнении со сталью) снижению прочности металла: чугуны своей хрупкостью обязаны только избыточному углероду, создающему в теле металла микроскопические поры и трещинки.
