1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Расплавы
  4. № 4, 2023

Расплавы, 2023, № 4, стр. 414-425

Термохимическое исследование образования силицидов, боридов, карбидов в сплаве Fe–Ni–Cr–Cu–Si–B–C

Ф. Р. Капсаламова a, *, С. А. Красиков b, c, **, А. Ж. Терликбаева a, Е. М. Жилина b, А. М. Алимжанова a

a Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан
Алматы, Казахстан

b Институт металлургии Уральского отделения РАН
Екатеринбург, Россия

c Уральский государственный горный университет
Екатеринбург, Россия

* E-mail: faridakapsalamova@gmail.com
** E-mail: sankr@mail.ru

Поступила в редакцию 20.02.2023
После доработки 30.03.2023
Принята к публикации 04.04.2023

Аннотация

Для определения термохимических характеристик: энтальпии, молярной теплоемкости и энергии Гиббса образования силицидов, боридов и карбидов в сплаве заданного состава (40Fe–31Ni–16Cr–5Cu–5Si–2B–1C) использованы расчетные методики с использованием смешанных схем GGA и GGA + U (полуэмпирически настроенные обобщенные градиентные аппроксимации). В исследовании использовались три модуля программного пакета HSC Chemistry 6.0 (Metso Outotec, версия 6.0, Эспоо, Финляндия). Во-первых, модуль “Reaction Equation” (“Уравнения реакций” – расчет термодинамических функций в интервале температур для индивидуальных веществ или химических реакций) использовался для расчета изменения свободной энергии Гиббса при различных температурах. Во-вторых, для расчета состава каждого химического вещества в равновесном состоянии использовался модуль “Equilibrium Composition” (“Равновесные составы” – расчет равновесных составов фаз при наличии обратимых химических реакций). В-третьих, модуль “H, S, C and G diagrams” (“Графики термодинамических функций” – построение графиков термодинамических функций) использовался для определения относительной фазовой стабильности соединений в зависимости от температуры в виде диаграмм Эллингема. Результаты термохимического моделирования показали, что значения теплоемкости образования упрочняющих соединений в сплаве увеличиваются по мере повышения температуры. Термодинамические расчеты энтальпий упрочняющих фаз в сплаве показали, что при температуре >1400°С имеет место образование силицидов, боридов и карбидов. При рассмотрении ∆G(T) силицидов наблюдается рост значений энергии Гиббса и стремление к стабильности с повышением температуры. При образовании боридов в сплаве наблюдается сильное поглощение тепла и увеличение энергии Гиббса в исследованном интервале температур. Результаты расчета энергии Гиббса в зависимости от температуры показали, что будут образовываться карбиды Ni3C, Fe3C, SiC, B4C, Cr3C2, Cr4C, Cr7C3. Агрегатное и полиморфные превращения происходят с уменьшением значений энергии Гиббса до температуры ~1500°С. С дальнейшим повышением температуры выявлен эффект поглощения тепловой энергии, которое связано с высокой температурой упорядочения структур карбидов. Таким образом, термохимическим исследованием обоснована возможность образования силицидов, боридов, карбидов в сплаве 40Fe–31Ni–16Cr–5Cu–5Si–2B–1C.

Ключевые слова: термохимическое моделирование, энтальпия, молярная теплоемкость, энергия Гиббса, сплав

Список литературы

  1. Tolokonnikova V., Baisanov S., Yerekeyeva G., Narikbayeva G., Korsukova I. Thermodynamic-diagram analysis of the Fe–Si–Al–Mn system with the construction of diagrams of phase relations // Metalurgija. 2022. 61. № 3–4. P. 828–830. https://hrcak.srce.hr/clanak/397172

  2. Baisanov S., Tolokonnikova V., Narikbayeva G., Korsukova I. Thermodynamic substantiation of compositions of silicon aluminium alloys with increased aluminium content in Fe–Si–Al system // Complex Use of Mineral Resources. 2022. 321. № 2. P. 31–37.

  3. Shevko V.M., Aitkulov D.K., Amanov D.D., Badikova A.D., Tuleyev M.A. Thermodynamic modeling calciumcarbide and a ferroalloy formation from a system of the daubaba deposit basalt – Carbon–Iron // News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of Geology and Technical Sciences. 2019. 1. № 433. P. 98–106.

  4. Lemire R.J. Chemical Thermodynamics of Iron, Part I. – Boulogne-Billancourt (France): OECD // Chemical Thermodynamics (OECD, TDB-NEA). 2013. 13a.

  5. Lemire R.J., Berner U., Musikas C., Palmer D.A., Taylor P., Tochiyama O., Perrone J. Chemical Thermodynamics of Iron, Part II. – Boulogne-Billancourt (France): OECD, // Chemical Thermodynamics (OECD, TDB-NEA). 2020. 13b.

  6. Ильиных Н.И., Куликова Т.В., Моисеев Г.К. Состав и равновесные характеристики металлических расплавов бинарных систем на основе железа, никеля и алюминия. Екатеринбург: УрО РАН, 2006.

  7. Хасуй А. Техника напыления. М.: Машиностроение, 1975.

  8. Агеев Н.Г., Набойченко С.С. Металлургические расчеты с использованием пакета прикладных программ HSC Chemistry: учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та, 2016.

  9. Банных О.А., Будберг П.Б., Алисова С.П. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. Металлургия. 1986.

  10. Kubaschewski O. Iron-Binary phase diagrams. Springer Science & Business Media, 2013.

  11. Xiong W., Selleby M., Chen Q., Du J.O.Y. Phase equilibria and thermodynamic properties in the Fe–Cr system //Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2010. 35. № 2. P. 125–152.

  12. Jain D., Isheim D., Hunter A.H., Seidman D.N. // Metall. Mater. Trans. 2016. A47. № 3872. P. 3860–3872. https://doi.org/10.1007/s11661-016-3569-5

  13. Okamoto H. The C–Fe (carbon-iron) system // J. Phase Equilibria. 1992. 13. № 5. P. 543–565.

  14. Моисеев Г.К., Ватолин Н.А. О возможности согласования стандартных энтальпий образования (СЭО) родственных, бинарных и квазибинарных неорганических систем // Доклады РАН. 1999. 2. № 367/2. С. 208–214.

  15. Рябухин А.Г., Груба О.Н. Расчеты стандартных энтальпий и энергий Гиббса образования карбидов хрома произвольного состава // Вестник ЮУрГУ. 2005. № 10. С. 9–13.

  16. Dreizin E.L., Schoenitz M. Mechanochemically prepared reactive and energetic materials: a review // J. Mater. Sci. 2017. 52. P. 11789–11809.

  17. Azabou M., Ibn Gharsallah H., Escoda L., Suñol J.J., Kolsi A.W., Khitouni M. Mechanochemical reactions in nanocrystalline Cu–Fe system induced by mechanical alloying in air atmosphere // Powder Technol. 2012. 224. P. 338–344.

  18. Mao H., Chen H.-L., Chen Q. TCHEA1: a thermodynamic database not limited for “high entropy” alloys // J. Phase Equilib. Diff. 2017. 38. P. 353–368.

  19. Pawar S., Jha A.K., Mukhopadhyay G. // Int. J. Refr. Met. Hard Mater. 2019. 78. P. 288–295. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2018.10.014

  20. Gordienko S.P. // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2002. 41. P. 169–172. https://doi.org/10.1023/A:1019839111434

  21. Ведмидь Л.Б., Красиков С.А., Жилина Е.М., Никитина Е.В., Евдокимова И.В., Меркушев А.Г. Эволюция фазообразования при алюминотермическом восстановлении tитана и циркония из оксидов // Расплавы. 2018. № 3. С. 330–335.

  22. Жилина Е.М., Красиков С.А., Агафонов С.Н. Расчет активности титана и циркония в алюмокальциевом оксидном расплаве // Расплавы. 2016. № 4. С. 300–306.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Расплавы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал