3 Экспериментальная часть

3.1 Исходные материалы

Для физико-химического изучения свойств ферросплавов нами были взяты ферросплавы Аксуйского завода ферросплавов ФС-45.

Изучался химический состав, структура феррохрома и его поведение при нагревании.

3.2 Диаграмма состояния системы железо – хром (Fe-Cr)

Наиболее ранние исследования сплавов системы относятся к началу текущего столетия. К этому времени были достаточно точно установлены кривые плавкости, область существования твердых растворов хрома в γ-Fe, а также концентрационные и температурные пределы образования σ-фазы. Диаграмма состояния в обобщенном виде по данным  приведена на рисунке 6.

На кривых ликвидус и солидус при 22 % (ат.) Сr и 1507 °С наблюдается минимум. Хром стабилизирует объемноцентрированную кубическую (о. ц. к.) решетку модификации железа и образует с этими модификациями непрерывные ряды твердых растворов. Область твердых растворов хрома в гранецентрированной кубической решетке (г. ц. к.) модификации железа сравнительно узкая и простирается до 13,3 % (ат.) Сr. Хром снижает температуру полиморфного α↔γ-превращения железа от 910 до 830 °С при содержании ~7,5 % (ат.). При дальнейшем увеличении содержания хрома эта температура резко возрастает. При содержании в сплавах - 50 % (ат.) Сr и температуре ~815 °С происходит фазовая перекристаллизация α-твердого раствора с образованием так называемой α-фазы. Реакция α ↔ σ  протекает крайне медленно, и необходимы продолжительные выдержки для ее завершения. Фаза σ обладает сложной тетрагональной структурой с 30 атомами в элементарной ячейке и обычно образуется в системах - на основе переходных металлов. Фазы σ, как правило, обладают достаточно широкими областями гомогенности. В системе железо - хром эта область при 600 °С простирается от 43 до 49 % (ат.) Сr. Периоды решетки σ-фазы а = 0,880 нм, с = 0,5444 нм и мало изменяются в пределах области гомогенности.

В сплавах системы образуются три сверхструктурные фазы β, θ, σ с областями гомогенности 41,9-44,2 % (ат.) Сr; 45,7-47,2 % (ат.) Сr и 49,2-51,5 % (ат.) Сr. В настоящее время методами высокотемпературного термического анализа и измерением электросопротивления показано, что Хром является мономорфным металлом.

Рисунок 6. Диаграмма состояния Fe-Cr

Минимум на кривых плавкости отвечает содержанию 21 % (ат.) Сr и температуре 1510°С. При содержании 0,001 % (по массе) С и 0,002 % (по массе) N также при изменении концентрации углерода и азота в указанных пределах несколько смещается в сторону увеличения содержания хрома (на 0,7-0,8 %) положение γ/(α+γ)- и (α+γ)/α-границ двухфазной области, разделяющей γ- и α-твердые растворы.

На основе измерения электросопротивления, твердости и намагниченности построена низкотемпературная часть диаграммы состояния системы железо - хром. Ниже 550 °С твердый раствор α и σ-фаза становятся неустойчивыми и расслаиваются на два твердых раствора (богатых и бедных хромом) с о. ц. к. решеткой. В отсутствие σ-фазы расслоение α-твердого раствора начинается при более высокой температуре. На рис. приведена низкотемпературная часть диаграммы состояния системы железо - хром, штриховой линией показано начало расслоения α-твердого раствора при отсутствии σ-фазы.

Наличие области расслоения в системе согласуется с термодинамическими данными, а именно: положительным отклонением от закона идеальных растворов и положительной теплотой смещения. Это означает, что твердые растворы а- и σ-фаза при понижении температуры становятся менее устойчивыми и должны распадаться на твердые растворы с меньшим и большим содержанием хрома. Температурный интервал стабильности σ-фазы соответствует 440-820 °С.