Диаграмма состояния железо-хром

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 рис.  На кривых ликвидус и солидус при 22 % (ат.) Сr и 1507 °С наблюдается минимум. Хром стабилизирует о. ц. к. модифика­ции железа и образует с этими модификациями непрерывные ряды твердых растворов. Область твердых растворов хрома в 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.

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.

Источники: