Конфигурация атомов и электронное взаимодействие в сплавах системы «Fe Cr, Fe Ni, Fe v» Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.74: 669.14

КОНФИГУРАЦИЯ АТОМОВ И ЭЛЕКТРОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В СПЛАВАХ СИСТЕМЫ «РЕ - СЯ, РЕ - N1, РЕ - V»

Е.Г. Евдокимов

В статье рассматривается строение расплавов системы ¥в - Сг, ¥в - М, ¥в -V на атомно-электронном уровне. Установлено, что взаимодействие между металлом-растворителем и другими элементами происходит на всех электронных уровнях. Показано, что электронное состояние зависит от концентрации элементов в сплаве.

Ключевые слова: межатомная связь, ионизация, концентрация, температура, радиус атома, растворимость элементов, ядерное облако.

Металлические расплавы представляют собой жидкости, в которых протекают процессы тепловой конвекции, возникающей под действием температурных полей. Атомы и электроны являются основой любой металлической системы, поэтому конвективное движение жидкости (градиент плотности и температуры) приводит к атомно-электронному потоку, возникающему в определенном объеме. Тепловая конвекция в жидкости, изменение электронного строения расплава связано с изменением физико-химических параметров атомов, таких как радиус или объем атома, потенциал ионизации, атомная масса, потенциальная и кинетическая энергия атомов.

Диаграмма состояния сплавов Fe - Сг представлена на рис.1. На линии ликвидус ABD от точки А (1536 оС) до точки В (1626 оС), отвечающей концентрации 46,6 % (вес.), атомы хрома находятся в ионизированном состоянии. Концентрации хрома 0.00365, 0.475, 2.304, 6.545 % (вес.) соответствует ионизация атомов хрома на уровне Сг^ядро), Сг^^ядерное облако), Сг^+, Сг23+. С повышением концентрации хрома до 33.521, 36.196, 46.6 % (вес.) ионизация атомов хрома уменьшается до уровня С^+, Сг1+, Сг0. В точке В (1626 оС) атомы хрома и железа находятся в состоянии Сг0, Fe0, т.е. имеют нулевую ионизацию. На линии солидус АЕСD происходит образование твердой фазы с формированием ковалентных связей между атомами железа и хрома. По линии АЕ с понижением температуры идет процесс заполнения внешних электронных оболочек атома хрома 3ё54Б1 недостаю-

10 2

щими шестью электронами до конфигурации 3ё 4б за счет образования ковалентных связей с атомами железа [1, 2]. С присоединением электронов атом хрома приобретает отрицательный заряд Сг1-, Сг2-, Сг3-, Сг4-, Сг5-, Сг6-, ковалентный радиус атомов при этом растет до величины 1.336, 1.389,

о

1.426, 1.456, 1.479, 1.50 А. На линии солидус ЕС атомы железа переходят из ионизированного состояния в ковалентное Fe1-, Fe2-, Fe3-, Fe4-, Fe5-, Fe6- с

о

радиусами, равными 1.35, 1.403, 1.441, 1.47, 1.493, 1.514 А, с образованием ковалентных связей между атомами железа и хрома. Ковалентное соединение FeCr ^^й6") образуется в интервале температур между линиями ЕС и Е^ (рис. 1). Ниже линии солидус ЕС располагается а - фаза и химическое соединение железа с хромом FeCr(a+FeCr). При концентрации хрома в расплаве 76,94 % атомы железа ионизированы до уровня Fe12+, при охлаждении расплава ниже линии солидус CD они образуют с атомами хрома химическое соединение FeCr2(Fe12+Cr6~), поэтому в этой области находятся а-фаза и соединение железа с хромом (a+FeCr2). В области АВСЕ находится жидкая фаза и из жидкой фазы выделяется твердая а-фаза (Ж + а), при этом атомы железа и хрома образуют ковалентные связи различной прочности. В области ВDC диаграммы, также находится жидкая фаза и твердая а-фаза, которая характеризуется ковалентными связями атомов железа и хрома в твердом растворе.

Ж

1800-

1600

+

8+

1860Р 06-

О, %(ЕЕС.)

Рис. 1. Диаграмма состояния сплавов Рв - Сг

Образование металлической связи между атомами железа и хрома и формирование ОЦК -решетки железа происходит на линии QHB, между линией ликвидус АВD и линией солидус АЕСD диаграммы ¥в- Сг (рис. 2). Атомы хрома переходят из ионизированного состояния на линии ликвидус

АВ, в металлическое состояние (Сг0) с нулевым уровнем ионизации на линии ОНБ, при этом формируется ОЦК - решетка железа. Участок линии ОН проходит ниже линии солидус и показывает образование металлической связи между разнородными атомами в твердом растворе [3-5]. Изменение межатомного расстояния между железом и хромом на линии ликвидус и солидус диаграммы состояния сплавов ¥в- Сг представлено на рис.3. На линии ликвидус АВБ межатомное расстояние между железом и хромом

о о

увеличивается от 1,392 А в точке А до 2,638 А в точке В. На участке ВБ происходит уменьшение межатомного расстояния между железом и хро-

о

мом до 1,246 А в точке Б (1860 оС).

1900 -.

1800-

О

о £

1700-

1600-

а)

1536

.а)

A |=|

1500^;

1506

1400-

1860° D

0

Ре

Сг, %(вес.)

Рис. 2. Образование металлической связи и ОЦК - решетки железа

на линии ((ИЬ системы Ев - Сг

Таким образом, на линии 1 (рис.3) наблюдается максимум, соответствующий концентрации 46,6 % (вес.) хрома и температуре расплава 1626 оС. На линии солидус АЕСБ межатомное расстояние между железом

о

и хромом интенсивно растет от 1,392 до 2,466 А, что происходит в интервале концентраций 0,0036...7,3 % хрома и связано с переходом атомов хрома из ионизированного состояния в металлическое (Сг0) с нулевым уровнем ионизации. Далее до концентрации 46,6 % атомы хрома переходят из металлического состояния в ковалентное состояние Сг1-, Сг2-, Сг3-, Сг4-, Сг5-, Сг6-, межатомное расстояние при этом увеличивается до 2,548, 2,676;

о

2,75; 2,779; 2,851; 2,892 А (рис.3, линия 2).

С увеличением концентрации хрома более 69,25 % идет последовательное уменьшение межатомного расстояния между железом и хромом до

о

2,35 А, что соответствует концентрации 99,995 % хрома. Таким образом, между линией ликвидус и солидус системы Fe - Сг формируется ОЦК-решетка a - Fe. Металлические связи между атомами железа и хрома в твердом a-растворе могут действовать только до концентрации 7,3 % (вес.) хрома, при большей концентрации происходит образование ковалентных связей между разнородными атомами. При охлаждении твердого раствора ниже линии GSM происходит превращение g' - Fe (g - Fe) в a-фазу.

30-

25-

8 220-

1,5-

0я-

1,0-

Fe°"

Fe5- Fe4-

Fffe2-

o0 /Г

0D,4+|

I I I I

o12+

,o24+.|""

I I I

0

0r, % (вес.)

Рис. 3. Изменение межатомного расстояния между железом и хромом на линии ликвидус (1) и солидус (2) системы Ев - Сг

При этом процессе идет переход атомов хрома из ионного состояния в ковалентное и металлическое состояние по следующей схеме: Сги

ООО

(3,07 А) ® Сгк (1,499 А) + Сгме (1,246 А). На основе атомов хрома в ме-

О

таллическом состоянии Сгме радиусом 1,246 А образуется а-фаза, а на основе атомов хрома в ковалентном состоянии Сг6-, Сг5-, Сг4-, Сг3-, Сг2-, Сг1-образуется химическое соединение железа с хромом Бе3Сг (Бе2Сг), что может происходить в области концентраций 23,15...46,6 % хрома. В твердом состоянии структура сплавов состоит из твердого раствора а-фазы и химических соединений железа с хромом Бе3Сг (Бе2Сг), БеСг, БеСг2.

В системе «железо - никель» атомы никеля в расплаве, до концентрации 51,33 % находятся в ионизированном состоянии, ионизация атомов зависит от концентрации никеля. Изменение атомных характеристик железа и никеля в расплаве связано с изменением размерных параметров взаимодействующих атомов, в частности, радиуса атома. На основе расчета энергии электронных уровней атомов железа и никеля построена диаграмма состояния сплавов Бе - N1 (рис. 4). На линии ликвидус АВБ, атомы никеля и железа находятся в ионизированном состоянии. Температура при этом на линии АВ повышается от 1536 оС в точке А до 1548 оС в точке В. На линии ББ температура понижается до 1455 оС в точке Б. Линия соли-дус АЕСБ характеризует конец перехода жидкой фазы в твердую. На линии солидус АЕ происходят образование и рост ковалентных атомов никеля, при этом на 3ё-уровень присоединяются два электрона с образованием

10 2

атомной конфигурации 3ё 4б , что сопровождается увеличением радиуса атома. Отрицательный заряд атомов никеля при этом увеличивается до

о

1 9

уровня N1" (1,333 А) при концентрации 31,182 % и до уровня N1-

о

(1,386 А) при концентрации 51,331 % (ат.) никеля. Таким образом, на линии солидус АЕ атомы никеля переходят из ионизированного состояния с

о

радиусом 1,243 А в точке А (1536 оС) в ковалентное состояние с радиусом

о

1,386 А в точке Е (1468 оС), образуя при этом ковалентные связи с атомами железа за счет двух электронов. На линии солидус ЕСБ ковалентный

о

2

радиус атомов никеля N1 - (1,386 А) сохраняется неизменным, так как он характеризует образование твердой фазы. Ниже линии ликвидус АВБ, по линии солидус АЕ и ковалентной линии ВС атомы никеля и железа образуют ковалентные связи различной прочности, в результате чего образуется твердая а-фаза, поэтому в области диаграммы АВСЕ и ВСБ располагаются две фазы - жидкость и а-фаза (Ж + а).

Ниже линии солидус АЕСБ (см. рис.4) атомы никеля переходят из ковалентного (N1 -) в ионное состояние №и(1-), Ми(2-), присоединяя при этом два электрона на 3ё-уровень, что происходит по линии ЕК (51,331 %) при снижении температуры от 1468 до 1281 оС - Ми(1-) и при снижении температуры до 1168 оС Ми(2-). В точке К при температуре 358 оС атомы никеля находятся в твердом растворе в ионном состоянии №и(2-) с радиу-

о

сом, равным 2,442 А. Область диаграммы КЕКО представляет собой твердый раствор ионов никеля в у-железе с ионными связями между атомами железа и никеля, что характеризует аустенит (А). Ниже линии солидус ЕСБ образуется химическое соединение между атомами железа и никеля -Бе№ (Ее2+№2~), которое характерно для сплавов с концентрацией 51,33...63,54 % никеля и образуется по линии Е'С. При концентрации ни-

келя около 73,14 % образуется химическое соединение FeM3 ^е6+№2-), что происходит на линии солидус СБ при температуре 1464 оС. Формирование ОЦК-решетки железа происходит на линии QHB диаграммы состояния сплавов Fe - № (рис.5).

Ж

1600л.

1536 а~

а „

1 5133 1 6354 ' 73,14 г 40 60 80

Ni, %(аг.)

Рис. 4. Диаграмма состояния сплавов Ее - N1

Ж

1560

М10+ м2+ ГЧ|1+^!2(15480)

1455°

0

Рв

Й, %>(аг.)

100 N

Рис. 5. Образование металлической связи и ОЦК-решетки железа на линии ((ИЬ диаграммы состояния сплавов Ее - N1

В точке Q (1518 оС) и на линии QHB атомы никеля находятся в металлическом состоянии (Ni0) с нулевым уровнем ионизации и образуют с атомами железа металлические связи и ОЦК-решетку [6]. Линия QHB пересекается с линией солидус АЕ в точке H при концентрации 8,4 % никеля и температуре 1523 оС. Таким образом, образование металлической связи и формирование кубической решетки железа на линии солидус АНЕ происходит на участке АН, когда атомы никеля переходят из высоко ионизированного состояния №я (ядро), Мяо (ядерное облако) в точке - А в металлическое состояние (Ni0) с нулевым уровнем ионизации в точке Н.

При охлаждении сплавов ниже линии QHB происходит образование ковалентных связей между разнородными атомами за счет перехода атомов никеля из металлического в ковалентное состояние Ni0,5-, Ni1-, Ni1,5-, Ni - по линии ВС и линии АНЕ на участке НЕ. Ниже линии KG происходит частичный распад аустенита с образованием a - фазы и химического соединения железа с никелем Fe3Ni (Fe30,66+Ni2-), которое выделяется в области концентраций атомных величин никеля 47,6...51,331 %. Это превращение связано с переходом атомов никеля из ионного в металлическое и ко-

o O

валентное состояние по следующей схеме: NiH (2,442 А) ® №к (1,386 А) +

о

№ме (1,243 А). На основе атомов никеля в металлическом состоянии №ме

о

(радиус 1,243 А) образуется a-фаза, а на основе атомов никеля в кова-

о

лентном состоянии №к (радиус 1,386 А) образуется химическое соединение железа и никеля Fe3Ni. Изменение межатомного расстояния между атомами железа и никеля на линии ликвидус представлено на рис.6 (линия 1). Минимальное расстояние между атомами железа и никеля составляет

о

1,258 А при концентрации никеля 0,0046 %; с увеличением концентрации

межатомное расстояние между железом и никелем также растет и достига-

о

ет максимального значения (2,501 А) в точке В при концентрации атомных величин никеля 51,331 % . При концентрации никеля более 51,331 % происходит процесс ионизации атомов железа и межатомное расстояние между разнородными атомами уменьшается. Изменение межатомного расстояния между железом и никелем на линии солидус показано на рис.6

(линия 2). На линии солидус АЕ в области концентраций 0,0046.8,4 %,

о

происходит рост расстояния между атомами железа и никеля от 1,258 А

о

при концентрации 0,0046 % до 2,478 А при концентрации атомных величин никеля 8,4 %, что связано с переходом атомов никеля из высокоиони-зированного состояния (№я, №яо) в металлическое состояние (Ni0) с нулевым уровнем ионизации.

о

Рис. 6. Изменение межатомного расстояния (А) между железом и никелем на линии ликвидус (1) и линии солидус (2) системы Ев - N1

С увеличением концентрации никеля более 8,4 %, на линии солидус

АЕ идет процесс перехода атомов никеля из металлического в ковалентное

1 2

состояние (N1 N1с увеличением периода ОЦК-решетки. Таким образом, между линией ликвидус ЛВБ и линией солидус ЛБСБ диаграммы состояния сплавов Бе - N1 формируется ОЦК-решетка, характерная для а -железа. Формирование ГЦК-решетки у - Бе происходит ниже линии солидус АБСБ, когда атомы никеля переходят из ковалентного в ионное состояние и образуют ионные связи с атомами железа [7].

В системе «железо-ванадий» в расплаве, до концентрации атомных величин ванадия 48,75 %, находятся в ионизированном состоянии, которое определяется концентрацией компонентов. При концентрации атомной величины ванадия 0,0038; 0,125; 2,72; 2,86; 7,49; 8,12 %, атомы ванадия на-

Уя Л гя.о т г23+ т г22+ т т21+ т г20+

, V, V, V, V, V. С увеличением концентрации ванадия в расплаве до 26,51; 27,68; 29,19; 31,34; 35,266 %, ионизация атомов ванадия уменьшается до уровня V10, V8+, v6+, v4+, V2+. Атомы железа до концентрации 48,75 % не ионизированы и находятся в расплаве в состоянии нулевой ионизации Бе с металли-

о

ческим радиусом, равным 1,26 А. С ростом концентрации ванадия в расплаве более 48,75 % происходит уменьшение радиуса атомов железа за счет их ионизации. Диаграмма состояния сплавов Бе - V представлена на

рис.7. На линии ликвидус АВБ атомы ванадия и железа находятся в ионизированном состоянии. До концентрации 48,75 % атомы железа имеют нулевую ионизацию (Ре0) и образуют межатомные связи с ванадием за счет перекрытия электронных оболочек взаимодействующих атомов.

2000-, 1800-

1600Л-

1539

А

Ж

---------а+ж 1518°

1400^Уи(0,7")

К ^

у-ре 0,86%

V1- V2- V3- V4- V5-

О 1390

о

03 а. 1200-

с?

03 1000-

а. Ф с 910 3

4,(4)

£ 800-

600-

400Р

200

Е

Е' 1356°

ч

Х^и(0,5-)

Л(5)

у - Рэ

а+У-Ре^^6 „(5-)

462°

|К

Чи(0,1-)

а + Ре^

0 Рэ

"Г"

20

27,7

1—

40

V7

8+ Ре14+Ре22+

1+ ре3+ Ре" Т3--"^ ,1+ РЭ —

.. 0 Ж+а ^

I

Ре'

24+ Ре'

,26-

Й1'

V

Ре'

7-

Ре5

а + Ре7^7-

"Ре3"

Уи(0) 645°

м

-У-Ре +РЭзV Р

а + РеУ

48,75

V, %(ат.)

"Г"

60

Ре14+^-

а + РeV + Реи

2

Ре^

723

'79,8 80

D

1905°

100 V

Рис. 7. Диаграмма состояния сплавов Ев - V

V

7

V

а

а

На линии солидус АЕСБ атомы ванадия переходят из высокоиони-

т тя т тя о

зированного состояния V , V в металлическое состояние с нулевым уров-

о

0 12 нем ионизации (V ) и затем в ковалентное состояние V - (1,404 А), V -

о о о о о

(1,457 А), V3- (1,495 А), V4- (1,524 А), V5- (1,547 А), V6- (1,567 А), V7-

о

3 2

(1,585 А) с заполнением уровня 3ё 4б недостающими электронами до

10 2

конфигурации 3ё 4б и увеличением радиуса атомов. При этом атомы железа и ванадия образуют ковалентные связи различной прочности, что определяется количеством электронов, присоединенных на 3ё-уровень. На линии солидус ЕСБ атомы ванадия имеют ковалентную конфигурацию

7-

электронов V -, отвечающую образованию из жидкого раствора твердой а-фазы. В области АВСЕ из жидкой фазы выделяется твердая а-фаза, поэтому в этой области находятся жидкость и а-фаза (а + Ж). В области ВБС также находятся жидкая фаза и а-фаза (Ж + а). На линии солидус ЕС происходит образование ковалентного соединения атомов железа и ванадия FeV (Ее7^7-) за счет перехода атомов железа в ковалентное состояние. Это соединение образуется в интервале температур между линией ЕС и линией

Е'С при концентрации атомной величины ванадия 48,75...72,3 %. Высокотемпературная а-фаза с ОЦК-решеткой образуется по линии ОНБ, когда атомы ванадия переходят из ионизированного состояния на линии ликвидус АВ в металлическое состояние (V0) с нулевой ионизацией на линии НБ, при этом формируется ОЦК-решетка а-фазы (рис.8). Участок линии ОН проходит ниже линии солидус АЕ и характеризует образование металлической связи между разнородными атомами и ОЦК-решетки железа уже в твердом растворе. Точка О находится на температурном уровне 1515 оС, а точке Н соответствует температура 1532 оС и концентрация атомного вещества ванадия 6,5 %. Область диаграммы АНО показывает переход атомов ванадия из высоко ионизированного состояния Vя (ядро), V™ (ядер-

23+ 22+ 0

ное облако), V , V на линии ликвидус в металлическое состояние (V ) с нулевым уровнем ионизации на линии ОН. Таким образом, формирование а-фазы с ОЦК-решеткой и металлической связи между атомами ванадия и железа происходит на линии ОНБ. При дальнейшем охлаждении сплавов ниже линии ОНБ идет процесс увеличения периода кубической решетки а-фазы за счет перехода атомов ванадия в ковалентное состояние с конфи-

1 О Л ^ П

гурацией V V V V V V - по линиям АЕ и БС диаграммы состояния Бе - V.

1900-

1800-

О 1700-

о

Ж

£

(5 1600 Ч

& 1539,

+ V

V0

Ре1

1+

Ре! Ре8>"

р€>■"'

__,г

Ж+ а

18+-

V V

В а+Ж

1515 ^ 1500^

1400-

1300

0

Ре

V %(ат.)

Рис. 8. Формирование ОЦК-решетки а-фазы на линии QHB системы Ее - V

1905° Р

100 V

Изменение межатомных расстояний между атомами железа и ванадия на линии ликвидус АББ и линии солидус АЕЕ'СБ представлено на рис.9.

1-

-- V, %(ат.)

Рис. 9. Изменение межатомного расстояния между железом и ванадием на линии ликвидус АВБ (1), линии солидус АНЕЕ 'СБ (2) и линии формирования ОЦК-решетки а-фазы ((ИЬ (3)

системы Ев - V

На линии ликвидус АВБ в точке А расстояние между атомами же-

о

леза и ванадия составляет 1,435 А, достигая максимального значения в

о

точке В (2,574 А) при температуре 1655 оС (рис.9, линия 1). Изменение периода кубической решетки а-фазы на линии QHB показано на рис.9 (линия 3). На линии солидус АЕБ'СБ идет процесс формирования ОЦК-решетки а-фазы; на участке АН в интервале концентраций 0,0038...6,5 % (ат.) ванадия происходит интенсивный рост межатомного расстояния от

о о

1,435 А в точке А до 2,538 А в точке Н, при этом атомы ванадия переходят из высокоионизированного состояния Vя (ядро), Уяо (ядерное облако) в металлическое состояние (V0) с нулевым уровнем ионизации (рис.9, линия 2). В результате, в точке Н при температуре 1532 оС формируется ОЦК-

о

решетка а-фазы с периодом, равным 2,538 А. Далее при концентрации ванадия на линии АЕ более 6,5 % идет переход атомов ванадия из металли-

о

ческого состояния V0 (1,314 А) в ковалентное V1-, V2-, V3-, V4-, V5-, V6-, V7-с последовательным увеличением их радиуса до 1,457; 1,495; 1,524; 1,547;

о

1,567; 1,585 А, период ОЦК-решетки а-фазы растет при этом до 2,61;

о

2,672; 2,72; 2,74; 2,774; 2,845 А.

При охлаждении сплавов ниже линии солидус ЛЕСБ атомы ванадия сохраняют ковалентную конфигурацию электронов V7- радиусом

о

1,585 Л. Все процессы, происходящие в расплавах на атомно-электронном уровне, связаны с изменением радиуса атомов хрома, никеля и ванадия в системах «Бе - Сг», «Бе - N1» и «Бе - V» (рис.10). В системе «Бе - Сг» ато-

о

му хрома радиусом 1,246 Л с электронной конфигурацией 3р63ё54в1 отвечает концентрация 48,36 % (ат.) хрома, однако ядру атома соответствует

о

концентрация 47,54 %, где радиус атома хрома равен 1,206 Л, что свидетельствует о переходе одного электрона с 4Б-уровня на 3ё-уровень.

Рис. 10. Изменение радиуса атома ванадия, хрома и никеля в расплаве в системе «Ев - V», «Ев - Сг» и «Ев - N1»

Таким образом, атомы железа, воздействуя на электронные оболочки атомов хрома, сжимают их, в результате формируется электронная кон-

о

фигурация атома хрома 3р63ё6 радиусом 1,206 Л. В системе «Бе - V» ато-

о

му ванадия радиусом 1,314 Л с электронной конфигурацией 3р63ё34Б2 соответствует концентрация 49,17 % (ат.) ванадия, а ядру атома отвечает

о

концентрация 46,89 %, где радиус атома ванадия равен 1,199 Л. В этой системе происходит еще большее воздействие атомов железа на электрон-

ные оболочки атомов ванадия, что приводит к переходу двух электронов с 4Б-уровня на 3ё-уровень с формированием электронной конфигурации

о

3р63ё5 радиусом 1,199 А (рис.10). В системе <^е - N1» атому никеля рао

6 8 2

диусом 1,243 А с электронной конфигурацией 3р 3ё 4б соответствует концентрация 51,33 %, а ядру атома - 51,28 % (ат.) с радиусом атома нике-

о

ля при этой концентрации 1,241 А. Практически, при взаимодействии атомов железа и никеля в расплаве электронная конфигурация атомов N1 сохраняется без изменения. Поэтому, чтобы получить область аустенита в более широком концентрационном интервале (у - Fe, у' - Fe) в системе <^е - Сг» и <^е - V» необходимо воздействовать на атомы хрома и ванадия внешними факторами с тем, чтобы перевести электронную конфигурацию

оо

Сг - 3р63ё6 (1,206 А) ® 3р63ё54Б1 (1,246 А) и для ванадия V - 3р63ё5

оо

(1,199 А) ® 3р63ё34Б2 (1,314 А). В системе <^е - N1» электронная конфигурация атомов никеля остается без изменения, что свидетельствует о слабом воздействии атомов железа на внешние оболочки атомов никеля.

Выводы:

1. Металлические радиусы атомов элементов зависят от концентрации компонентов в расплаве, с изменением концентрации меняется межатомное взаимодействие и геометрические параметры атомов. Состояние «остова» атома, а также валентных электронов не является стабильным и претерпевает изменения, связанные с влиянием температуры, концентрации и других внешних воздействий, что влияет на волновые свойства электронов и соответственно на радиусы атомов.

2. Установлено, что атомы хрома, никеля, ванадия и железа в расплаве, выше линии ликвидус находятся в ионизированном состоянии (Меп+). Степень ионизации атомов зависит от температуры и концентрации компонентов в расплаве.

3. Показано, что при охлаждении расплава ниже линии ликвидус атомы компонентов переходят из ионизированного состояния (Меп+) в металлическое (Ме0) с нулевым уровнем ионизации, а затем в ковалентное состояние при этом формируется объемно-центрированная решетка (ОЦК-решетка) а-фазы. В твердой а-фазе атомы компонентов образуют ковалентные связи различной прочности, что определяется количеством связывающих электронов.

4. При применении разработанной методики расчета растворимости элементов в расплаве на основе их атомно-электронного строения, зависимости радиуса атомов от концентрации компонентов и расчета энергии электронных уровней атомов построены диаграммы состояния сплавов железа <^е - Сг», <^е - N1» и <^е - V».

Работа представлена на 3-й Международной Интернет - конференции по металлургии и металлообработке, проведенной в ТулГУ 1 мая - 30 июня 2014 г.

Список литературы

1. Евдокимов Е.Г. Электронная структура и межатомные связи в железоуглеродистых сплавах // Литейное производство. 1999. № 4. С. 19 -20.

2. Осипов К. А. Нуклоны ядер в расчетах некоторых свойств атомов и молекул. М.: ЭЛИЗ, 2000. 28 с.

3. Евдокимов Е.Г., Баранов А. А., Вальтер А.И. Генезис электронной конфигурации в железоуглеродистых сплавах: монография. Тула: ТулГУ, 2004. 192 с.

4. Евдокимов Е.Г. Исследование межатомного взаимодействия и электронной структуры сплавов Fe - Сг. «Компьютерные технологии в соединении материалов»: сб. науч. трудов 3-й Всерос. науч.-техн. конф. Тула: ТулГУ, 2001. С. 173 - 178.

5. Евдокимов Е.Г. Диаграмма состояния сплавов «железо - хром». Научные основы решения проблем металлургических производств // Известия ТулГУ. 2002. Вып. 2. С. 74 - 80.

6. Евдокимов Е.Г., Кузьмин В.Н. Электронная структура расплавов системы «Fe - Ni». Научные основы решения проблем металлургических производств // Известия ТулГУ. 2002. Вып. 2. С. 81 - 85.

7. Евдокимов Е.Г. Электронное строение легированных сплавов железа: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. 240 с.

Евдокимов Евгений Георгиевич, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

KONFIGURAICHEN ATOMS AND ELEKTRONSINTERACHIONIN ALLOIS SISTEM OF «Fe - Cr, Fe - Ni, Fe - V»

E.G. Evdokimov

The composition of licvid sistem Fe - Cr, Fe - Ni, Fe - V alloys on the atom-electron level is considered in the article. It has been found that the interaction between metal-solvent and other elements occurs on each electron level. It is shown that the electron state depends upon the concentration of the elements in the alloy.

Key words: atomic bonding, ionization, concentration, temperature, atom radius, solubility of elements, nuclear cloud.

Evdokimov Evgeny Georgievich, candidate of technical science, docent, evdoki-mov@tula,net, Russia, Tula, Tula State University