Диаграмма состояния железо-азот

Диаграмма состояния системы Fe-N имеет важное практическое значение в связи с широким промышленным применением азотирова­ния и нитроцементации стали. Железо с азотом образует нитриды Fe₄N(γ')> Fe2N(ζ), ε -фазу и метастабильный нитрид Fe₁₆N₂ (азотистый мартенсит).

Растворимость газообразного азота в феррите при давлении 0,1 МПа в интервалах температур 700...900 °С (α -Fe) и 1392...1539 °С (δ -Fe): lg N = -1700/T - 30, где N - азот, % (ат.).

Растворимость газообразного азота в жидком железе при давле­нии 0,1 МПа [12]: lg N = -475/T - 0,5, где N - азот, % (ат.).

Растворимость азота в α -Fe, находящемся в равновесии с Fe₄N см. рис. Макси­мальная растворимость при 590°С составляет 0,4 % (ат.), или 0,1 % (по массе). Предельная раствори­мость равна 0,46 % (ат.), или 0,115 % (по массе).

Превращение γ↔ α+ γ' происходит при 590°С. Эвтектоидная точка расположена при содержании азота 8,75 % (ат.), или 2,35 % (по массе). Второе эвтектоидное превращение вощение ε ↔ γ + γ' протекает при 650 °С, эвтектоид содержит 16,0 % (ат.), или 4,55 %. Предельные растворимости составляют 10,3 % (ат.), или 2.8 % (по массе) N в γ-фазе и 19,1 % (ат.), или 5,6 % (по массе) N в γ'-фазе соответственно. Фаза у' кристаллизуется из ε -твердого раствора при 680±5°С; область гомогенности при 650°С составляет 19,1... 20 % (ат.), или 5,7... 6,1 % (по массе) N. Соединение Fe₂N кристаллизуется из ε - твердого раствора при 500°С и 33,3 % (ат.), или 11,14 % (по массе) N. Область гомогенности этого соединения не превышает 1,14...1,35 % (по массе).

Фаза α - твердый раствор внедрения азота в О.Ц.К. α -Fe. Раство­римость азота в α -Fe при 590 °С незначительна и составляет 0,1 % (по массе), или 0,4 % (ат.) N, поэтому период решетки этого раствора практически совпадает с периодом решетки α -Fe.

Фаза γ - твердый раствор внедрения азота в г. ц. к. γ - Fe, изо­морфный аустениту в системе Fe-С. Период решетки γ -фазы при увеличении содержания азота увеличивается с 0,3637 нм (y-Fe 910 °С) до 0,3646 нм при содержании 8.67 % (ат.), или 2,33 % (по массе) N.

Фаза γ' имеет г. ц. к. структуру с атомом азота, расположенным в центре ячейки. В узкой области гомогенности период решетки фазы изменяется от 0,3791 до 0,3801 нм . Область гомогенности γ'-фазы при 500 °С расположена в интервале 19,6...19,95 % (ат.) N.

Фаза ε имеет Г.П.У. решетку с упорядоченным расположением атомов азота. С увеличением содержания азота от 19,42 % (ат.), пли 5,7 % (по массе), до 33,02 % (ат.), или 11,0 % (по массе), пе­риоды решетки изменяются от а = 0,2660 нм; с = 0,4343 нм; с/а - 1,633 до а = 0,276 нм; с = 0,4420 нм; с/а - 1,599. Область гомогенности ε -фазы при 20 °С составляет 26,0...33,2 % (ат.), или 8,1...11,1 % (по массе) N.

Фаза ζ обладает орторомбической структурой с периодами а = 0,2764 нм; в = 0,4829 нм; с = 0,4425 нм.

Источники

1. Банных О. А., Будберг П. Б., Алисова С. П. и др. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. М.: Металлургия. 1986. 440 с
2. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди. Под ред. Шухардина С. В. Наука. 1979. 248 с.
3. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Ред. Лякишев Н. П. Машиностроение. 1996-2000 г. Т. 1; Т. 2 и Т. 3