Научная статья на тему 'Состав карбида хрома в хромистом чугуне'

Состав карбида хрома в хромистом чугуне Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
238
56
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТВЕРДЫЙ РАСТВОР / ЖЕЛЕЗО / ХРОМ / УГЛЕРОД / КАРБИД ХРОМА / A FIRM SOLUTION / IRON / CHROME / CARBON / CHROME CARBIDE

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Шишкина Светлана Владимировна, Гуревич Юрий Григорьевич

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

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CHROMIUM CARBIDE COMPOSITION IN CHROMIC PIGIRON

Releasing probability of chromium carbide different compositions has been investigated. It is shown, that there is only carbid Cr7C3 in chromium carbide at 11731373 K.

Текст научной работы на тему «Состав карбида хрома в хромистом чугуне»

С;/. З.о

2,5

¿ß

<s

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

На расширения области у - твердых растворов в системе ^е - Сг - С ]т с ростом концентрации хрома указано также в [2;3]. Это подтверждается и экспериментальными данными [4].

2. Система ^е - С - Сг]т. Сг7С3 _ С

Выделение карбида железа Fe3C в присутствии хрома

маловероятно, поскольку энергия Гиббса ДGT, кДж/моль образования карбида хрома Сг7С3 значительно меньше энергии образования карбида Fe3C (табл. 1).

Таблица 1

Значения энергии Гиббса образования карбида хрома Сг7С3 и образования карбида железа Fe3C

Т, К 1273 1323 1373

AGCr7C3 -207,401 -208,699 -209,996

AGFe з c -2,587 -3,098 -3,605

В системе Fe-C-Cr возможно образование нескольких карбидов. Согласно диаграмме состояния Сг-С [5] наиболее вероятны существования карбидов Сг3С2, Сг7С3

и Cr23C6.

Для определения областей существования различных карбидов в равновесии с твердым раствором, рассмотрим реакции их образования:

23 [cr ]+[c ]—1 ад

K — 1

2.8G 23 6

7[Cr]bFC + 3[C]BFC — Cr7C3T ; 1

(4)

(5)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(6)

(7)

(8)

■ (9)

аСг Л аС

Ниже приведены температурные зависимости констант равновесия образования карбидов хрома [6]:

K —_

2.82 7

3[Cr ] + 2[c ] — Cr3C2T ; 1

K 2.84 3

lg K 2.8G — 358GT- + G,3396 ; lg K2.82 — 91G5T-1 +1,3534 ; lgK2.84 — 1869T-1 + 1,G995 .

(10) (11) (12)

Активность углерода aC определяли по уравнению:

. 2105 317 xc

lgac — ^--0,6735+ ^ x t, C Ч -

T T (1 - xc4

+ /gl

1 - 5 xc

PC

+ Xcr + X.

2,303 Cr 2,303

(13)

В системе [Fe - С - Сг]т при P=const и фиксированной температуре возможно существование следующих трехфазных равновесий: [Ре - С - Сг]т - Сг23С6 - Сг7С3, [Fe - С -Сг]т - СГ23С6 - СГ3С2, [Fe - С - Сг]т - СГ7СС3 - СГ3С2.

Параметры равновесия [Fe - С - Сг]т - Сг23С6 -Сг7С3 определили совместным решением уравнений (5), (7), 11) и (13):

^аСг = 0,2222 х ^К2.82 - 0,1111 х ^К2.80; (14)

1§аС = 0,2593 х К2.80 - 0,8518 х К2.82. (15)

Аналогично решением уравнений (5), (9), (11) и (13) нашли активности хрома и углерода, соответствующие равновесию [Ре - С - Сг]т- Сг23С6 - Сг3Сг

асг = 0,2143 х 1ёК282-0,0714х ^ К2т; (16)

1Вас = 0,1071 х К2.80 - 0,8212 х ^К2М. (17)

Решением уравнений (7), (9), (11) и (13) рассчитали активности компонентов равновесия [Ре - С - Сг]т- Сг7С3 -Сг3С2.

^асг = 0,6 х ^К2 84 - 0,4 х ^К2 82; (18)

^ас = 0,6 х ^К2 82 -1,4 х ^К2 84. (19)

Оказалось, что равновесие [Ре - С - Сг]т - Сг7С3Т -Сг3С2Т в указанном интервале температур не реализуется, поскольку х >> 1. Равновесие [Ре - С - Сг]т - Сг23С6Т -Сг7С3Т может быть реализовано только при высоких концентрациях хрома (хСг > 0,6180 - 0,6482).

Результаты расчета представлены в табл. 2:

Таблица 2

Равновесные концентрации хрома и углерода в системах твердый раствор [Fe - С - Сг]Т - карбиды хрома

T, K [Fe - С-Сr\T- [Fe - C-Cr\T- [Fe - С-Сr\T-

- Сг2£вг - Сг£зт - Сr2Cer-CrCzr - Cr£3T-Cr fizr

XCr xc XCr xc XCr XC

1273 G,6180 0,0045 G,1587 G,8226 G,G137 32,266G

1323 G,6334 G,GG52 G,1715 G,78G6 G,G163 36,5600

1373 G,6482 0,0060 G,1843 G,7433 G,G192 22,17G7

Твердые растворы [Fe - C - Cr]T с высокой концентрацией хрома не входят в задачу данного исследования. В связи с этим в дальнейших расчетах равновесий систем, содержащих хром и углерод, учитывалась возможность образования только карбида Cr7C3T [7].

Заключение

В процессе углетермического получения феррохрома в первую очередь образуется карбид Cr7C3T . Также экспериментально обнаружено, что в процессе восстановления оксидов хрома углеродом образуется карбид Cr7C3.

Список литературы

1. Гуревич Ю.Г., Буланов В.Я., Германюк Н.В. и др. Легирование железа

через газовую хлоридную фазу. - Свердловск: Академия наук СССР. Уральское отделение, 1992. -190 с.

2. Суровцев А.П., Томилин С.А., Голованенко И.А. О термодинамичес-

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

3. Shenk H. Untersuncher uber Aktivital des Kohlcustaffs of Kristallensterten

Binaren und Ternasen Eisenkohlenstoff - Legerungen / H. Shenk, H. Keiser// Archiv Eisenhuttenwesen, 1960. Bd 31. S.217-230.

4. Kubaschewski O. The thermodynamiс of the chromium system / О.

Kubaschewski, G. Heymer//Acta Metal. 1960. V.8.№7. Р. 416-423.

5. Bloom D. The System Chromium - Сarbon /D. Bloom, N. Grant//

Trans.Metall. Soc.AIME. 1962. V. 188. - P. 41-46.

6. Арзамасов Б.Н., Некрасов В. С., Пименова Л.А. Термодинамическое

и экспериментальное обоснование механизма диффузионного хромирования в порошковых средах с использованием йодистого аммония // Изв. вузов: Машиностроение.- 1974.- №3.- С. 44-48.

7. Елютин В.П., Павлов Ю.А, Алексеев Е.М. Производство ферроспла-

вов.- М: ГНТИ, 1957.- 348 с.

X

C

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6

51

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.