Диаграмма состояния железо-кислород

В системе установлено существование трех промежуточ­ных фаз: вюстита (близко к FeO), магнетита (Fe₃O₄) и гематита (Fe₂O₃).

Вюстит - соединение переменного состава, близкого к FeO, устой­чиво при избытке кислорода. Вюстит образуется при 1430...1435 °С по перитектической реакции ж+ Fe₃O₄↔вюстит. Область гомогенности этой фазы определена и подробно описана в [А-В]. По данным электро­химических измерений , границы области гомогенности вюстита при различных температурах:

Распадается вюстит по эвтектоидной реакции: вюстит↔а-Fe+Fe₃O₄ при 560°С; эвтектоидная точка расположена при 51,41 % (ат.) О. Решетка вюстита типа NaCl. С увеличением содержания кислорода период решетки уменьшается почти линейно; Ниже - 70°C кубическая решетка превращается в ромбоэдрическую.

	Диаграмма состояния железо-кислород Fe-O

Магнетит Fe₃O₄ [57,15 % (ат.) О] плавится с открытым максимумом при ~1600 °С. В сплавах, более богатых кислородом, при 1583 °С про­текает реакция ж↔ Fe₃O₄ + О₂. В равновесии с кислородом магнетит находится до 1457 °С. Он имеет решетки типа шпинели с периодом а = 0,8397 нм.

Гематит Fe₂O₃ образуется по реакции Fe₃O₄+O₂ ↔ Fe₂O₃ при 1457 °С. Он существует в двух формах: стабильной a-Fe₂O₃ и метастабильной у-Fe₂O₃. Структура a-Fe₂O₃ - ромбоэдрическая типа корунда с a = 0,54271 нм и α = 55° 15,8'. Ее также интерпретируют как гексагональ­ную с 30 атомами в элементарной ячейке и периодами а = 0,50345 нм, с = 1,3749 нм, с/а = 02,737. у-Fe₂O₃ обладает решеткой типа шпинели с периодом а = 0,834 нм. Имеются указания и на более сложную структу­ру- тетрагональную сверхструктуру с периодом решетки а = 0,833 нм, С = 2,499 нм .

В богатых железом сплавах при высоких температурах наблюда­ется область несмешиваемости; температура монотектики 1523 °С; монотектическая точка 0,56 % (ат.) О. При повышении температуры растворимость кислорода в жидком железе увеличивается и при 1700 °С составляет 1,10 % (ат.). При монотектической температуре, по данным различных исследо­ваний, растворимость кислорода в δ-Fe составляет 0,02...0,21 % (ат). В y-Fe при 1345 °С растворяется 0,01 ± 0,01 % (ат.) О, а при 950 °С <0,02 % (ат.) О. В a-Fe растворимость кислорода не превышает 0,1 % (ат.). Растворимость кислорода в деформированном железе более, чем на порядок, превышает его растворимость в литом.

Источники: