Диаграмма фазовых равновесий в системе Fe-C-Cr Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 620.179.131

Т.А. Дудорова, С.В. Шишкина

Курганский государственный университет

ДИАГРАММА ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ В СИСТЕМЕ FE-C-CR

2105 317

lg aC =--0,6735 +-х -,—

T T (1 -

C )

1 - 5xC

gCr per

+ Xr_ + X r

2,303 Cr 2,303 C

(5)

Задаваясь температурой и концентрацией хрома, определяли концентрацию углерода, равновесную с раствором Fe—Сг—С. Результаты расчета сведены в табл.2.

Растворимость Fe3C в железе

Таблица 1

Аннотация. Сделан анализ фазового равновесия в системе ^е-Сг-С]т - Fe3C - Сг7С3 . Установлено, что для получения хромистого чугуна в расплав серого чугуна следует добавлять не менее 7% хрома.

Т, К Хс С,%

1273 0.057 1.28

1323 0.061 1.37

1373 0.0645 1.45

Ключевые слова: твердый раствор, фазовое равновесие, железо, карбид железа, карбид хрома.

Таблица 2

Параметры двухфазного равновесия Fe3C-[Fe-Cr-C]m

T.A. Dudorova, S.V. Shishkina Kurgan State University

THE PHASE VALUATIONS DIAGRAM IN SYSTEM FE-C-CR

2105 317 xC

lg aC =--0,6735 +-х-—^ + lg

C T T (1 - xC ) I

1 - 5x,

(3)

Параметры равновесия представлены в табл.1. Для расчета активности углерода в легированном хромом аус-тените использовали зависимость от температуры [2]:

21460

= 6,2--

T

(4)

где еССг - параметр взаимодействия по Вагнеру первого порядка.

Использовав (4), с учетом параметра взаимодействия второго порядка [1] получили активность углерода в легированном хромом аустените:

Т, К Хс С,% xCr Сг, %

1273 0.074 1.68 0.037 3.66

1323 0.086 1.98 0.055 5.50

1373 0.096 2.22 0.070 7.06

Таблица 3

Параметры двухфазного равновесия Сг7С3—[Fe—Сг—С]т

Annotation. The phase balance analysis in system [Fe-Cr-C]T - Fe3C - Cr7C3 has been made. It is established that for getting chromic pig-iron it is necessary to add Chrom (not less than 7%) of grey pig-iron melt.

Key words: firm solution, phase balance, iron, carbide of iron, Chrome carbide.

Введение

Для получения хромистого чугуна оптимального состава необходимо рассчитать минимальную присадку хрома в серый чугун. Настоящий термодинамический расчет позволяет определить необходимое количество хрома для превращения серого чугуна в хромистый чугун.

Расчет диаграммы фазовых равновесий в системе [Fe-Cr-C^ - Fe3C - Cr7C3.

В системе Fe-C-Cr могут быть реализованы три равновесия, из которых два двухфазных и одно трехфазное:

- [Fe-Cr-C^ - Fe3C;

- [Fe-Cr-C^ - Cr7C3;

- [Fe-Cr-C^ - Fe3C- Cr7C3.

Параметры равновесий рассчитывали с учетом реакций

[C]EFe+ 3Fe= РеЗС (1)

К= — . (2)

реактивность углерода в нелегированном аустените рассчитывали по следующей формуле [1]:

Т, К хс С,% Хсг Сг,%

1273 0.022 0.48 0.10 9.52

0.014 0.31 0.12 11.36

1323 0.040 0.89 0.12 11.61

0.028 0.62 0.13 12.46

0.025 0.55 0.14 13.40

1373 0.063 1.43 0.13 12.82

0.052 1.17 0.14 13.70

0.047 1.06 0.15 14.62

0.045 1.01 0.16 15.59

0.044 1.00 0.17 16.56

Для определения областей устойчивого существования карбида Сг7С3 с твердым раствором рассматривали реакцию его образования:

7[Сг] + 3[С] = СГ7С3 , (6)

константа равновесия которой имеет вид

K 6 =

1

7 3

aCraC

(7)

Согласно [3; 4], активность хрома в растворе [Fe-Cr-С]т описывается уравнением

4000 /7

lgaCr = lgxCr - _ (1 - xCr ) +

2.303RT

16000 ^ 2 s,

+-; (1 - xcr )2 +

bC

lg K =

- 3х

r (8)

2.303PT Cr' 2.303 xCr' Подставляя (5) и (8) в уравнение (7), принимая, что

получаем

-г , 4000 (,

-7 х lg xCr--х(1-

Cr 2,303RT

2 16000 ,

+-х(1-

2,303RT

2105 317 xC xC

--0,6735 +-х-—^ + lgl -C

T T (1-xC ) 1 1-5xC

2,303

sCr pCr

bC rC 2

+-C-х x„r +-^-х xn

2,303 Cr 2,303 Cr

. (9)

Задаваясь концентрацией хрома и температурой, определяли концентрацию углерода, равновесную с раствором (табл.3).

Таким образом, термодинамически вероятна способность карбида хрома в отличие от карбида титана растворяться в чугуне. Отбеливающее действие карбида хрома на белый чугун доказано экспериментально (рис.1).

x

x

+

X

X

X X

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6

49

С;/. З.о

2,5

¿ß

<s

<о

Of

лс Cr, Ci

«ocre

nso к

Sr [Fe-Cr-C7T wccc'c

— 11

Рис. 1. Диаграмма фазовых равновесий в системе [Fe-Cr-

CL

■ Fe3C -

сгС

Заключение

Как следует из полученной диаграммы фазовых равновесий системы [Fe-Cr-C]T - Fe3C--Cr7C3 , для получения хромистого чугуна в расплав серого чугуна необходимо добавить не менее 7,0% хрома.

Список литературы

1. Fleischer B., Elliot J.E. The Physical Chemistry of Metallic Solution and

Intermetallic Compounds //NPL.V.I.London. 1959. P. 375-381.

2. Суроцев А.П., Томилин И.А., Голованенко С.А. О термодинамической

активности углерода в высоколегированном аустените. // Известия АН СССР. Металлы.-1975.-№6.- С.52-57.

3. Могутнов Б.М., Томилин И.А., Шварцман Л.А. Термодинамика сплавов

железа.- М.: Металлургия, 1984.- 381 с.

4. Дудорова Т.А., Ротермель П.В., Тильдиков С.В. термодинамический

анализ системы Fe-Cr-C// Теория и технология производства новых конструкционных материалов.- Курган, 2000.- С. 35-40.

5. Леонович Б.И., Качурина О.И., Михайлов Г.Г. и др. Термодинамическая

устойчивость фаз в сплавах железо-титан-углерод // Изв. вузов. Чер. металлургия.-1998.-№3.- С. 4-7.

УДК 620.179.131

that there is only carbid Cr7C3 in chromium carbide at 11731373 K.

Key words: a firm solution, iron, chrome, carbon, chrome carbide.

Введение

Для получения хромистого чугуна необходимо изучить его взаимодействие с хромом: сделать термодинамический анализ системы.

1. Предельная растворимость углерода в хромистом чугуне

Для определения концентрационных областей существования различных фаз в системе [Fe - Cr - С]т - С необходимо установить предельную растворимость углерода в

твердом растворе xCHAC. Как известно, при насыщении сплава углеродом aC = 1. Активность углерода в твердом растворе [Fe - Cr - C] описывается уравнением [1]:

2105 317 xC ,| x,

lgaC =--0,6735 +-х7—^ + lg\

T (1 - xc )

1 - 5 xc

eCr pCr

2,303 c 2,303 c

'c

(1)

рядка (sC =s£r ), а Pc

Cr

C

параметр взаимодеиствия вто-

рого порядка, которые равны [1]:

Cr с о

е„ = 6,2 -

21460 pCr =-sÇ_

(2)

Т .о 2

При предельной растворимости углерода в твердом растворе ^е - Сг - С] ас = 1, а ас = 0, имеем:

2105 ----- 317

--0,6735 +-x -i—

T T (1-

\+lg

sCr

+ —C—xC 2,303 C

pCr

±C 2

+ ——xC

2,303 C

Cr

--0.

(3)

С.В. Шишкина, Ю.Г. Гуревич

Курганский государственный университет

СОСТАВ КАРБИДА ХРОМА В ХРОМИСТОМ ЧУГУНЕ

Аннотация. Исследована вероятность выделения карбида хрома различного состава в хромистом чугуне. Показано, что при 1173-1373 К в хромистом чугуне может существовать только карбид Cr7C3.

Ключевые слова: твердый раствор, железо, хром, углерод, карбид хрома.

S.V. Shishkina, Y.G. Gurevich Kurgan State University

CHROMIUM CARBIDE COMPOSITION IN CHROMIC PIG-IRON

Annotation. Releasing probability of chromium carbide different compositions has been investigated. It is shown,

Графическая функция предельной растворимости углерода в сплаве Fe - Сг- С, полученная по уравнению (3), изображена на рисунке.

Как следует из приведенного графика, с увеличением концентрации хрома в твердом растворе растет предельная концентрация насыщения раствора углеродом, а следовательно, расширяется область аустенита,

Рис.1. Зависимость предельной растворимости углерода от содержания хрома в аустените

x

+

50

ВЕСТНИК КГУ, 2011. №1