термодинамический анализ и фазовые равновесия в системе

УДК 544.344.013
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ
В СИСТЕМЕ ЖЕЛЕЗО-ХРОМ-УГЛЕРОД
Б.И. Леонович
THERMODYNAMIC ANALYSIS AND PHASE EQUILIBRIA
IN IRON-CHROMIUM-CARBON SYSTEM
BJ. Leonovitch
С использованием подрешеточной модели проведен термодинамический
анализ трехкомпонентной системы железо-хром-углерод. Результаты рас­
чета фазовых равновесий представлены в виде изотермических сечений и
фазовых диаграмм. Приведена схема фазовых превращений в этой системе
в сопоставлении с бинарными системами.
Рассчитаны и построены политермические разрезы с постоянным зна­
чением концентрации хрома в сплаве.
Ключевые слова: термодинамическая модель, фазовая диаграмма, система железохром-углерод.
The thermodynamic analysis of three component system Fe-Cr-C was carried out
with the use of sublattice model. The results of calculation of phase equilibria are repre­
sented by isothermal sections and phase diagrams. The scheme of phase transmutations in
this system is shown with the comparison of binary systems.
Polythermic sections with the constant chromium concentration in the alloy are calcu­
lated and plotted.
Keywords: sublattice model, phase diagrams, iron-chromium—carbon system.
4
Вестник ЮУрГУ, № 36, 2009
Серия «Металлургия», выпуск 13
5
6
Вестник ЮУрГУ, № 36, 2009
Окончание таблицы
8
Вестник ЮУрГУ, № 36, 2009
Серия «Металлургия», выпуск 13
9
жидкости. Области между кривыми определяются
как политермические поверхности растворимости
компонентов в расплаве, равновесном с одной из
кристаллизующихся фаз.
При температуре 1400 °С (рис. 2, в, г) и не­
больших концентрациях хрома первично кристал­
лизующимся металлом будет аустенит. Возможно
также образование карбида М 2 3 С 6 в равновесии с
жидким расплавом или ферритом. Дальнейшее
снижение температуры приводит к расширению
концентрационных пределов устойчивости аустенита и трансформации, равновесных с металлом,
карбидов. Фазовые превращения с участием аустенита графически представлены на рис. 3, а. Ко­
ординаты точек пересечения кривых определяют
температуры и концентрации компонентов нонвариантных превращений с участием г.ц.к.-фазы
(аустенита).
Совокупность фазовых превращений в сопос­
тавлении с реакциями в бинарных системах пред­
ставлена на рис. 4.
На изотермических сечениях при заданной
концентрации одного из компонентов можно уста­
новить последовательность фазовых превращений
и определить количественные соотношения равно­
весных фаз. Однако наиболее представительными
и удобными для анализа являются политермиче­
ские разрезы при постоянной концентрации одно­
го из компонентов. На рис. 5 приведены такие по­
литермические сечения, соответствующие содер­
Серия «Металлургия», выпуск 13
жанию хрома в металлическом сплаве 13 и 1 8 %
(по массе) и различной концентрации углерода.
Выводы. Проведен термодинамический ана­
лиз и изучены фазовые равновесия в трехкомпонентной системе железо-хром-углерод. Рассчита­
ны и построены изотермические сечения в интер­
вале температур 1600... 1000 °С. Приведена графи­
ческая зависимость проекции поверхности ликви­
дуса и диаграмма трехфазных равновесий с уча­
стием аустенита. Результаты расчета представлены
также в виде политермических разрезов с посто­
янным содержанием хрома в металле.
Работа выполнена в соответствии с научной
программой Федерального агентства по образова­
нию - «Развитие научного потенциала высшей
школы (2009-2010 гг.)», код проекта - 713 и при
поддержке РФФИ, грант № 08-08-00416.
Литература
1. Andersson, J.-О. Thermodynamic Properties of
the Cr-Fe System / J.-O. Andersson, B. Sundman //
CALPHAD. - 1987. -V. 11, № 1. -P. 83-92.
2. Taylor, J.R. A Thermodynamic Assessment of
the Cr-Fe-O System / J.R. Taylor, AT. Dinsdale //
Z. Metallkd. - 1993. - V. 84, № 5. - P. 335-345.
3. Chipman, J. Thermodynamics and Phase Dia­
gram of the Fe-C System / J. Chipman // Metallurg.
Trans. A. - 1972. - V. 3, № 1. - P. 55-64.
4. Chicco, B. Experimental Determination of the
11
Austenitic + Liquid Phase Boundaries of the Fe—C
System / B. Chicco, W.R. Thorpe // Metallurg. Trans.
A. - 1982. - V. 13A, № 7. -P. 1293-1297.
5. Agren, J. The Thermodynamic Analysis of the
Fe-C and Fe-N Phase Diagrams / J. Agren // Metallurg.
Trans. A. -1979. - V. 10A, № 12. -P. 1847-1852.
6. Andersson, J.-O. Thermodynamic Properties of
Cr-C/J.-O. Andersson //CALPHAD. - 1987. -V. 11,
№2.-P. 271-276.
7. Carbon — Chromium - Iron /A. Bondar, V. Ivanchenko, A. Kozlow, J-C Tedenac // MSIT, LondonBernstein. New Series IV/11D2 - P. 72.
8. Hillert, M. A Thermodynamic Assessment of
the Fe-Cr-Ni-C System / M. Hillert, С Qiu // Metal­
lurg. Trans. A. - 1991. - V. 22A, № 10. - P. 21872196.
9. Andersson, J.-O. A Thermodynamic Evaluation
of the Fe-Cr-C System / J. -O. Andersson // Metallurg.
Trans. A. - 1988. - V. 19A, № 3. - P. 627-636.
10. Люпис, К Химическая термодинамика
материалов / К Люпис; пер. с англ. под ред. Н.А. Ватолина, А.Я. Стомахина. - М.: Металлургия, 1989. 503 с.
11. Морачевский, AT. Термодинамика рас­
плавленных металлических и солевых систем /
AT Морачевский. - М.: Металлургия, 1987. - 240 с.
12. Sundman, B.J. A Regular Solution Model for
Phases with Several Components and Sublattices,
Suitable for Computer Applications / B. Sundman,
J. Agren // Phys. Chem. Solids. - 1981. - V. 42. P. 297-301.
13. Sundman, B. The Sublattice Model / B. Sundman,
J. Agren//Mat. Res. Soc. Symp. Proa - 1983. -V. 19.P. 115-127.
Поступила в редакцию 25 февраля 2009 г.
12
Вестник ЮУрГУ, № 36, 2009