Предельное насыщение твердого
раствора приводит к образованию карбида железа по реакции
О)
Образование карбида железа (как и
других карбидов) происходит через газовую фазу, например, по
схеме
Диссоциация карбида железа может
протекать как в отсутствие газовой фазы по реакции
Fe3C^3Fe + C(rp),
так и в присутствии газов, например, при
обезуглероживании стали!
Суммирование реакций (4), (5) и
(6) с реакцией (9) приводит к реакциям образования карбида
железа.
Активность углерода в карбиде
aQ > 1,0, например, при 870° С aQ =
l,13j при 825° С — 1,09; 980° С — 1,06.
Все указанные закономерности в
одинаковой степени относятся и к взаимодействию атмосфер трех систем
с другими металлами, с учетом возможности образования твердых
растворов углерода и карбидов.
Процесс науглероживания металлов с
предельно малой растворимостью углерода носит название карбидирование,
например карбидирование вольфрама,, молибдена и др.
На рис. 11 приведены значения
свободной энтальпии изобарного термодинамического потенциала
AG°98 образования карбидов металлов в зависимости от их
положения в периодической системе Менделеева.
Данные рисунка показывают, что
наибольшим химическим сродством к
углероду, наибольшей стойкостью карбидов обладают металлы
IVA группы: Hf, Zr, Ti; VA группы: Nb, Та. Использование этих
данных для анализа образования карбидов в стали и сплавах потребует знания
влияния легирующих элементов на активность углерода.
На рис. 12 приведены диаграммы
равновесия газов с углеродом, построенные автором для вышеуказанных
реакций (5) и (6) с учетом активности углерода oq.
Диаграммы равновесия указанных
выше трех систем являются аналогичными диаграмме состояния железо—углерод
(железо—цементит). Каждая диаграмма имеет четыре области.
Первая область у +
Fe3C — область предельного насыщения аустенита, образование
карбида железа (выше линии S—Е).
Вторая область С+у —область
науглероживания, с возможным выделением
углерода-графита.
Границей между первой и второй
областями является кривая равновесного состояния реакции (9) [Линия
S1—Е1 па диаграмме Fe—С].
Третья область у — область
равновесия атмосферы с углеродом, растворенным в у-железе
(аустените), концентрация которого (в % по массе), соответствующая
значениям ас, указана на диаграмме (см. рис. 14) наклонными прямыми.
Пересечение этих прямых с линией S—Е указывает предельную
растворимость углерода в у-железе при данной
температуре.
Границей между второй и третьей
областями является кривая равновесия реакций (5г), (6г) [Линия S'—E'
диаграммы Fe—С].