Научно-технический и производственный журнал.
Издается с января 1958 года. Индекс: 70383
ISSN 2410-2091 (Online), ISSN 0368-0797 (Print)
 
 
 
 

Послать статью

 

ТЕРМОДИНАМИКА ЖИДКИХ РАСТВОРОВ АЗОТА В ХРОМЕ

стр. 387-393

Авторы: Корнейчук С. К.1, Большов Л. А.1

1 Вологодский государственный университет (Россия, 160000, Вологда, ул. Ленина,15)
Корнейчук С. К. - к.ф.-м.н., доцент кафедры физики (email: korn62@mail.ru)
Большов Л. А. - д. ф.-м.н., профессор кафедры высшей математики (email: labolshov@mail.ru)

Аннотация: Предложена простая теория термодинамических свойств жидких растворов азота в сплавах системы Fe-Cr. Эта теория основана на решеточной модели рассматриваемых растворов. Предполагается модельная решетка типа ГЦК. В узлах этой решетки располагаются атомы Fe и Cr. Атомы азота располагаются в октаэдрических междоузлиях. Атом N взаимодействует лишь с атомами металлов, находящимися в соседних с этим атомом узлах решетки. Предполагается, что энергии этого взаимодействия не зависят ни от состава, ни от температуры. Принимается, что жидкие растворы в системе Fe-Cr являются совершенными. В рамках предложенной теории получено соотношение, которое выражает значение константы закона Сивертса для растворимости азота в жидком хроме через значение аналогичной константы для растворимости азота в жидком железе и значение вагнеровского параметра взаимодействия N-Cr в жидких сплавах на основе Fe. Также получено соотношение, выражающее значение парциальной энтальпии растворения азота в жидком Cr при образовании бесконечно разбавленного раствора через значение аналогичной величины для растворов азота в жидком Fe и вагнеровский параметр взаимодействия N-Cr в жидких сплавах на основе Fe. Выведено выражение, устанавливающее связь вагнеровского параметра взаимодействия N-Fe в жидких сплавах на основе Cr c аналогичным параметром N-Cr в жидких сплавах на основе Fe. С помощью полученных формул рассчитаны значения константы закона Сивертса для растворимости азота в жидком Cr, значение энтальпии растворения азота в жидком Cr при образовании бесконечно разбавленного раствора, значение вагнеровского параметра взаимодействия N-Fe в жидких сплавах на основе Cr, экстраполированные на температуру 1873 К. Результаты расчета сравнены с результатами экспериментального изучения растворимости азота в жидком Cr и сплавах Cr-Fe, проведенного различными авторами по различным методикам. Наилучшим образом результаты теории согласуются с экспериментальными данными, полученными методом закалки образцов (Ф. Ишии, Я. Игучи, Ш. Бан-я, 1986г.). Обсуждены значения вагнеровского параметра взаимодействия N-N в жидких сплавах на основе Cr и на основе Fe.

Ключевые слова: термодинамика, статистическая механика, растворы, азот, хром, железо, коэффициент активности, энтальпия, вагнеровский параметр взаимодействия, закон Сивертса

DOI: 10.17073/0368-0797-2019-5-387-393

Библиография:
  1. Dumas M. Recherches sur la composition de l'eau(1) // Annales de chemie et de physique. 3 sèrie. 1843. Vol. 8. P. 189-207.
  2. Sieverts A. Zur Kenntis der Okklusion und Diffusion von Gasen in Metalle. // Zeitschrift für physikalische Chemie. 1907. Bd. 60. No. 2. S. 129-201.
  3. Humbert J.C., Elliott  J.F. The solubility of nitrogen in liquid Fe-Cr-Ni alloys // Transactions of the Metallurgical Society of AIME. 1960. Vol. 218. No. 10. P. 1076-1088.
  4. Ishii F., Iguchi Ya., Ban-ya Sh. Solubility of nitrogen in liquid chromium and chromium-iron alloy // Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. – 1986. Vol. 26. No. 2. P. 128-132.
  5. Помарин Ю.М., Григоренко Г.М., Шеревера А.В. Абсорбция азота высокохромистыми расплавами и жидким хромом при повышенном давлении // Известия АН СССР. Металлы. 1990. № 5. С.40-45.
  6. Siwka J. Solubility of nitrogen in liquid chromium // Archives of Metallurgy. 1998. Vol.43. No. 1. P. 67-82.
  7. Kor C.J.W. The solubility of nitrogen in liquid manganese // Metallurgical Transactions. B. 1978. Vol. 9. No. 2. P. 97-99.
  8. Blossey R.G., Pehlke R.D. Solubility of nitrogen in liquid Co alloys // Transactions of the Metallurgical Society of AIME. 1966. Vol. 236. No. 1. P. 28-32.
  9. Стомахин А.Я., Байер П., Поляков А.Ю. Растворимость азота в жидком никеле и в сплавах никеля с хромом, молибденом и вольфрамом // Известия АН СССР. Металлы. 1965. № 4. С. 37-45.
  10. Abdulrahman R.F., Hendry A. The solubility of nitrogen in liquid pure nickel // Metallurgical and Materials Transactions. B. 2001. Vol. 32. No. 6. P.1095-1101.
  11. Kowanda C., Speidel M.O. Solubility of nitrogen in liquid nickel and binary Ni-Xi. alloys( Xi=Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co) under elevated pressure // Scripta Materialia. 2003. Vol. 48. No. 8. P. 1073-1078.
  12. Рашев Ц. Всокоазотистые стали. Металлургия под давлением. – София: Издательство Болгарской А.Н. «М. Дринов», 1995. - 268с.
  13.  Явойский В.И., Свяжин А.Г., Чурсин Г.М., Вишкарев А.Ф. Термодинамика и кинетики взаимодействия азота с расплавами железа // В сборнике «Доклады советских ученых на III советско-японском симпозиуме по физико-химическим основам металлургических процессов». - М.: Институт металлургии им. А.А. Байкова, 1971.
  14.  Лакомский В.И., Григоренко Г.М., Торхов Г.Ф., Помарин Ю.М. Влияние хрома и никеля на растворимость азота в сплавах железа при высоких температурах // В сборнике «Доклады советских ученых на III советско-японском симпозиуме по физико-химическим основам металлургических процессов». - М.: Институт металлургии им. А.А. Байкова, 1971.
  15. Большов Л.А. О растворимости азота в жидких многокомпонентных сплавах железа с переходными металлами // Изв. вуз. Черная металлургия. 1982. № 1. С. 8-10.
  16. Большов Л.А. Статистическая теория многокомпонентных и малоконцентрированных сплавов. Дисс… докт. физ.-мат. наук. - М.: МГУ, 1991. – 496 с.
  17. Вагнер К. Термодинамика сплавов. - М.: Металлургия, 1957. – 179 с.
  18. Григорян В.А., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. - М.: Металлургия, 1987. – 272 с.
  19. Люпис К. Химическая термодинамика материалов. - М.: Металлургия, 1989. – 504 с.
  20. Turnock H.H., Pehlke R.D. The solubility of nitrogen in multicomponent liquid iron alloys // Transactions of the Metallurgical Society of AIME. 1966. V. 236. No. 11. P. 1540-1547.
  21.  Григорян В.А., Стомахин А.Я., Уточкин Ю.И., Пономаренко А.Г., Белянчиков Л.Н., Котельников Г.И., Островский О.И. Физико-химичес-кие расчеты электросталеплавильных процессов. - М.: МИСиС, 2007. – 318 с.
  22. Салли А., Брэндз Э. Хром. - М.: Металлургия, 1971. – 360 с.
  23. Marchenko L.G., Guglya A.G. Computer simulations of transient layer chemical composition in Cr-N films obtained by ion beam assisted deposition. // Вопросы атомной науки и техники. 2001. № 4. C.137-139.
  24. Рашев Ц., Иванов Р., Саръиванов Л., Андреев Ч. Изследоване разтворимостта на азота в течни железо-хромови сплави под налягане // Металлургия (София). 1976. T. 31. № 6. С. 8-10.
  25. Bolshov L.A., Bogdanov V.I., Gorbunov V.A. Wagner’s nitrogen-nitrogen interaction coefficient in iron-based liquid alloys // Journal of Physics: Conference Series. 2008. Vol. 98. 032019.
  26. Oda K., Fujimura H., Ino H. Local interaction in carbon-carbon and carbon-M (M: Al, Mn, Ni) atomic pairs in FCC γ–iron // Journal of Physics: Condensed Matter. 1994. Vol. 6. No. 3. P. 679-692.
  27. Большов Л.А., Богданов В.И., Горбунов В.А. Термодинамический анализ данных по растворимости азота в гамма-железе под высоким давлением // Физика металлов и металловедение. 2009. Т. 107. № 6. С. 591-598.
  28. Нечаев Ю.С., Омельченко А.В. Растворимость молекулярного азота в аустените // Журнал физической химии. 1995. Т. 69. № 9. С.1556-1561.

Дата поступления: 04.07.2018

Главный редактор

Леонтьев Леопольд Игоревич

Главный редактор Известия вузов Черная металлургия