ТЕРМОДИНАМИКА ЖИДКИХ РАСТВОРОВ АЗОТА В ХРОМЕ

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 Nвзаимодействует 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 взаимодействияN-Cr в жидких сплавах на основе Fe.Также получено соотношение, выражающее значение парциальной энтальпии растворения азота в жидком Crпри образовании бесконечно разбавленного раствора через значение аналогичной величины для растворов азота в жидком Feи вагнеровский  параметр взаимодействия N-Cr в жидких сплавах на основе Fe. Выведено выражение, устанавливающее связь вагнеровского параметра взаимодействияN-Fe в жидких сплавах на основе Crc аналогичным параметромN-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 Crпри 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 жидкомCr 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-Nв жидких сплавах на основе Cr и на основе Fe.

1. REFERENCES

2. Dumas M. Recherchessur la composition de l'eau(1) // Annales de chemieet de physique. 3 sèrie. - 1843. –T.8. –P.189-207.

3. Sieverts A. ZurKenntis der Okklusionund Diffusion von Gasen in Metalle. // ZeitschriftfürphysikalischeChemie. – 1907. - Bd. 60. – Nr. 2. - S. 129-201.

4. HumbertJ.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 –Pp. 1076-1088.

5. IshiiF., Iguchi Ya., Ban-ya Sh. Solubility of nitrogen in liquid chromium and chromium-iron alloys. // Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. – 1986. – Vol. 26. - No.2. – Pp. 128-132.

6. Pomarin Yu. M., Grigorenko G.M., Sherevera A.V. Absorption of nitrogen by high-chromium melts and liquid chromium at elevated pressure. // Proceedings of the USSR Academy of Sciences. Metals (Izvestia AN SSSR. Metally) – 1990.-No.5. –Pp. 40-45.

7. Siwka J. Solubility of nitrogen in liquid chromium. // Archives of Metallurgy. – 1998. –Vol. 43.–No.1. – Pp. 67-82.

8. Kor G.J.W. The solubility of nitrogen in liquid manganese. // Metallurgical and Materials Transactions. B. – 1978. – Vol. 9 - No. 2.–Pp. 97-99.

9. 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 – Pp.28-32.

10. Stomakhin A. Ya., Bayer P., Polyakov A. Yu. Solubility of nitrogen in liquid nickel and nickel alloys with chromium, molybdenum and tungsten. // Proceedings of the USSR Academy of Sciences. (Izvestiya AN SSSR.Metally) – 1965. - No.4. – Pp.37-45.

11. Abdulrahman R.F., Hendry A. The solubility of nitrogen in liquid pure nickel. // Metallurgical and Materials Transactions. B. -2001.- Vol. 32. -No.6 – Pp. 1095-1101.

12. Kowanda C., Speidel M.O. Solubility of nitrogen in liquid nickel and binary Ni-Xialloys( Xi=Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co) under elevated pressure // ScriptaMaterialia. – 2003. – Vol. 48. - No. 8 – Pp. 1073-1078.

13. RashevTs. High nitrogen steel. Metallurgy under pressure. – Sofia: Publishing house of the Bulgarien Academy of Sciences «M. Drinov». – 1995. – 268p.

14. Yavoysky V.I., Svyazhin A.G., Chursin G.M., Vishkarev A.F. Thermodynamics and kinetics of the interaction of nitrogen with iron melts. In the collection “Reports of Soviet scientists in the third Soviet-Japanese symposium on physico-chemical fundamentals of metallurgical processes” – Moscow: A.A. Baykov Institute of Metallurgy. – 1971.

15. Lakomsky V.I., Crigorenko G.M., Torkhov G.F., PomarinYu.M. Effect of chromium and nickel on the solubility of nitrogen in iron alloys at high temperatures. Ibid.

16. Bolshov L. A. On the solubility of nitrogen in liquid multicomponent iron alloys with transition metals. // Proceedings of the higher educational institutions. Ferrous metallurgy. (Izvestiyavuzov. Chernayametallurgiya). — 1982. — No. 1 .— Pp. 8-10.

17. Bolshov L. A. Statistical theory of multicomponent and low-concentration alloys. Thesis for the degree DSc (Physics and Mathematics) — Moscow: Moscow State University, 1991. — 496 p.

18. Wagner C. Thermodynamics of Alloys. — Moscow: Metallurgizdat Publ., 1957. — 179 p.

19. Grigoryan V. A., Belyanchikov L. N., Stomakhin A. Ya. Theoretical fundamentals of electric steelmaking processes. — Moscow: Metallurgizdat Publ., 1987. — 272 p.

20. Lupis C. H. P. Chemical Thermodynamics of Materials. — Moscow: Metallurgizdat Publ., 1989. — 504 p.

21. Turnock P. H, Pehlke R. D. The solubility of nitrogen in multicomponent liquid iron alloys. // Transactions of the Metallurgical Society of AIME. — 1966. — Vol. 236. — No. 11. — Pp. 1540-1547.

22. Grigoryan V. A., Stomakhin A. Ya., Utochkin Yu. I., Ponomarenko A. G., Belyanchikov L. N., Kotelnikov G. I., Ostrovsky O. I. Physico-chemical calculations of electric steelmaking processes. — Moscow: Moscow Institute of Steel and Alloys, 2007. — 318 p.

23. Sully A., Brandes E. Chromium. — Moscow: Metallurgiya Publ., 1971. — 360 p.

24. Marchenko L. G., Guglya A. G. Computer simulation of transient layer chemical composition in Cr-N films obtained by ion beam assisted deposition. // Issues of Atomic Science and Technology (Voprosyatomnoinauki I tekhniki). — 2001. — No. 4 — Pp. 137-139.

25. Rashev Ts., Ivanov R., Sarivanov L., Andreev Ch. Investigation of the nitrogen solubility in iron-chromium alloys under pressure. // Metallurgy (Sofia). — 1976. — Vol. 31. — No. 6. — Pp. 8-10.

26. 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.

27. Oda K., Fujimura H., Ino H., Local interactions 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. — Pp. 679-692.

28. Bolshov L. A., Bogdanov V. I., Gorbunov V. A. Thermodynamic analysis of nitrogen solubility data in gamma-iron under high pressure. // Physics of Metals and Metallography (Fizikametallov i metallovedenie). — 2009. — Vol. 107. — No. 6. — Pp. 591-598.

29. Nechaev Yu. S., Omelchenko A. V. Solubility of molecular nitrogen in austenite. // Journal of Physical Chemistry (Zhurnalfizicheskoikhimii). — 1995. — Vol. 69. — No. 9. — Pp. 1556-1561.