Состояние газа в газовой фазе над металлом близко к идеальному благодаря высокой температуре и низкому парциальному давлению (не более 1 атм = 1,013 105 Па). Поэтому химический потенциал газа в газовой фазе можно выразить уравнением

urj =^2 + RT\nP,(1.10)

где Р — безразмерная величина, представляющая собой отношение давления газа в газовой фазе Р , атм, к стандартному давлению /° = I атм.

Растворы H2, N2 в железе и сталях являются разбавленными, поэтому в качестве стандартного принимают идеальный раствор с массовой долей 1 %, и химический потенциал растворенного в металле газа выражается уравнением

цг = ф; + ДПпС,(1.11)

где С — безразмерная величина, предстааляющая собой отношение концентрации газа, %, к стандартной массовой доле, равной 1 %.

В состоянии равновесия химические потенциалы газа в газовой фазе и растворенного газа равны и поэтому

1/2 ц?3 + \/2 RT\n Р = y°r + RT\nC .(1.12)

Отсюда можно получить

-te-l/^-Änn-jL,(1.13)

где р° - 1/2ц°; = ДС° характеризует изменение энергии Гиббса

при переходе 1/2 моля N2, Н2 от стандартного газообразного состояния при Р= 1 атм к стандартному состоянию растворенного моля INI, [HJ с массовой долей 1 %, которое равно (18|: для N2

Дб*° = 10 500 + 20,37Г(Дж/моль),(1.14)

AG = 36 500 + 30,4бГ(Дж/моль).(1.15)

Обозначив I— = К, получим соотношение, являющееся за-

коном Сивертса, где К— константа равновесия. Численное зна-

чение константы равновесия можно получить, уравнения (1.14) и (1.15), так как -ДС° = RT\n К. Для N3

(10 500 + 20,377)- RT\nKNl.

использовав

При Т = 1873 К (1600 °С) К#2 = 0,044, т. е. стандартная растворимость N2 при 1873 К и РЫ: = 1 атм составляет 0,044 %. Для Н2

(36 500+ 30,467) = RT\nKHj.

При 7*= 1873 К (1600 °С) КН1 =0,0027, т. е. стандартная растворимость Н2 при Г= 1873 К и РНг = 1 атм составляет 0,0027 % или 27-Ю"6.

Коэффициент активности [Н] и [N1, принятый равным 1 в бинарных разбавленных растворах Ре—Ы, Ре—Н, в растворах, содержащих С, Мп, №, будет изменяться в зависимости от концентрации легирующих элементов. Чтобы учесть их влияние на растворимость Н2 и Ы3 и другие термодинамические характеристики, а также возможность описания равновесия в подобных системах, Вагнером и Чипманом были введены параметры взаимодействия. В основу метода положено разложение логарифма коэффициента активности У|Н][Ы| (или соответствующих избыточных термодинамических функций Д(7„ ДЯ, или д$) в ряд Тейлора около точки, соответствующей чистому растворителю. Если принять в мольных долях в составах растворов: Л\ -» 1 растворитель (железо); N2 -» 0 растворенные [Н] или [N1; #„,. легирующие элементы, то

1п/2(*2, /У3, уУ4,.) = 1п/2° +

cW3

31п/ї

JV4-»0.JVj'=iVs=.=0

2 dN;

dNl

Производные, входящие в разложение, называются параметрами взаимодействия первого и второго порядка. Для практических расчетов требуемая точность позволяет ограничиться чле-