CC BY
57
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
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)
(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
