Purpose. This article analyzes the formation conditions, transformation and systematization of carbide phases formed in the system Fe – C – Cr.Methodology. Conversion of the elements’ content from mass % into atomic % and vice versa was carried out using standard methods. In order to identify the structural components and etching of carbides the Marble etchant was applied. Cast iron 300Х28Н2 in cast state without heat treatment and after isothermal holding at 1050 °С during 4.5 hours with further normalization was studied. Findings. Isothermal state diagrams of the Fe–C–Cr system don’t take into account the existence of Fe7C3 carbide alloyed with chromium. But there is evidence of the existence of chromic carbides containing 24…37.6 % of chromium, which exceeds its maximum solubility in cementite, but is not enough to form Cr7C3.Analysis of chromium and carbon content in carbide phases which are formed in high-chromium cast irons allowed to substantiate the formation of Fe7С3 carbide, stabilized with chromium. Assessment of the carbide phase by chemical composition in mass percent doesn’t allow determining the main carbide-forming element with sufficient accuracy. It is shown that with the increase of chromium concentration in carbides, mass content of carbon increases. Areas of existence of carbides of different types depending on carbon and chromium content in them were determined. Maximum content of chromium in the carbide (Fe, Cr)7C3 is 44.0 %. Allocation of alloyed cementite occurs on the present carbides Ме7C3 or grain boundaries, and with the increase of cooling rate – in the grain volume. This process is thermodynamically inevitable due to the decrease of carbon solubility in ferrite or austenite at temperatures when chromium diffusion is impeded, and only carbon diffusion is possible. At high chromium concentrations carbide Fe7C3 is formed, which transforms into Cr7C3 carbide as chromium diffusion takes place. Originality. The model of laminated structure of carbides, formed out of the liquid phase in the system Fe–C–Cr was built. The identification of the carbide phase based on the elements’ concentration in atomic percent was suggested. The model of the change of carbon content in carbides of different types depending on chromium concentration was built. Practical value. The suggested system of carbide classification and their structural model allows optimizing the cast irons’ composition and heat treatment modes for different exploitation conditions.

    Цель. В исследовании должен быть проведен анализ условий формирования, трансформации и систематизации карбидных фаз, образующихся в системе Fe – C – Cr. Методика. Пересчет содержания элементов из массовых процентов в атомарные проценты и наоборот осуществлялся по стандартной методике. Для выявления структурных составляющих и травления карбидов применяли травитель Марбле. Исследовали чугун 300Х28Н2 в литом состоянии без термической обработки и после изотермической выдержки при 1 050 °С в течение 4,5 часов с последующей нормализацией. Результаты. Изотермические диаграммы состояния системы Fe – C – Cr не предусматривают существования карбида Fe7C3, легированного хромом, однако имеются данные о существовании хромистых карбидов, содержащих 24−37,6 % Cr, что превышает его максимальную растворимость в цементите, но недостаточно для формирования Cr7C3. Анализ содержания хрома и углерода в карбидных фазах, образующихся в высокохромистых чугунах, позволил обосновать образование карбида Fe7С3, стабилизированного хромом. Оценка карбидной фазы по химическому составу в массовых процентах не позволяет достаточно точно определить основной карбидообразующий элемент. Показано, что по мере увеличения концентрации хрома в карбидах, массовое содержание углерода увеличивается. Определены области существования карбидов различного типа в зависимости от содержания в них углерода и хрома. Максимальное содержание хрома в карбиде (Fe, Cr)7C3 составляет 44,0 %. Выделение легированного цементита происходит на имеющихся карбидах Ме7C3 или границах зерен, а при повышении скорости охлаждения – в объеме зерна. Этот процесс является термодинамически неизбежным, что связано со снижением растворимости углерода в феррите или аустените при температурах, когда диффузия хрома затруднена, а возможна только диффузия углерода. При больших концентрациях хрома формируется карбид Fe7C3, который по мере диффузии хрома трансформируется в карбид Cr7C3. Научная новизна. Автором построена модель слоистого строения карбидов, формирующихся из жидкой фазы в системе Fe – C – Cr. Предложена идентификация карбидной фазы, исходя из концентрации элементов в атомарных процентах. Построена модель изменения содержания углерода в карбидах различного типа в зависимости от концентрации хрома. Практическая значимость. Предложенная система классификации карбидов и модель их строения позволят оптимизировать составы чугунов и режимы термической обработки для разных условий эксплуатации.

    Мета. У дослідженні повинен бути проведений аналіз умов формування, трансформації та систематизації карбідних фаз, що утворюються в системі Fe– C– Cr. Методика. Переведення вмісту елементів із масових відсотків у атомні відсотки та навпаки виконували за стандартною методикою. Для виявлення структурних складових та травлення карбідів застосовували розчин Марбле. Досліджували чавун 300Х28Н2 в стані литва без термічної обробки та після ізотермічної витримки при 1050 °С протягом 4,5 годин із наступною нормалізацією. Результати. Ізотермічні діаграми стану системи Fe – C – Cr не передбачають існування карбіду Fe7C3, легованого хромом, але існують ствердження про існування хромистих карбідів, які містять 24…37,6 % хрому, що перевищує його максимальну розчинність у цементиті, але недостатньо для формування Cr7C3. Аналіз вмісту хрому та вуглецю в карбідних фазах, які утворюються у високохромистих чавунах, дозволив довести утворення карбіду Fe7С3, стабілізованого хромом. Оцінювання карбідної фази за хімічним складом у масових відсотках не дозволяє достатньо вірно визначити основний карбідоутворюючий елемент. Наведено, що при поступовому збільшенні концентрації хрому в карбідах масова частка вуглецю збільшується. Визначені межі існування карбідів різного типу в залежності від вмісту в них вуглецю та хрому. Максимальний вміст хрому в карбіді (Fe, Cr)7C3 складає 44,0 %. Утворення легованого цементиту відбувається на існуючих карбідах Ме7C3 або межах зерен, а при збільшенні швидкості охолодження – в об’ємі зерен. Цей процес є термодинамічно невідворотнім, що пов’язано зі зниженням розчинності вуглецю у фериті або аустеніті при температурі, коли можлива лише дифузія вуглецю, а дифузія хрому майже відсутня. При великих концентраціях хрому формується карбід Fe7C3, якийзавдяки дифузії хрому трансформується у карбід Cr7C3. Наукова новизна. Автором побудована модель пошарової структури карбідів, які утворюються з рідини в системі Fe– C– Cr. Запропонована ідентифікація карбідної фази, виходячи з концентрації елементів у атомних відсотках. Побудована модель зміни вмісту вуглецю в карбідах різного типу в залежності від концентрації хрому. Практична значимість. Запропонована система класифікації карбідів та модель їх будови дозволить оптимізувати склад чавунів та режими термічної обробки для різних умов експлуатації.


    Access

    Download


    Export, share and cite



    Title :

    ABOUT THE ISSUE OF CARBIDES FE3C AND FE7C3 FORMATION IN HIGH-CHROMIUM CAST IRONS.
    К ВОПРОСУ ОБРАЗОВАНИЯ КАРБИДОВ FE3C И FE7C3 В ВЫСОКОХРОМИСТЫХ ЧУГУНАХ.
    ДО ПИТАННЯ УТВОРЕННЯ КАРБІДІВ FE3C ТА FE7C3 У ВИСОКОХРОМИСТИХ ЧАВУНАХ


    Contributors:


    Publication date :

    2016-08-16


    Remarks:

    Science and Transport Progress ; No. 3(63) (2016); 138-147



    Type of media :

    Article (Journal)


    Type of material :

    Electronic Resource


    Language :

    Russian , Ukrainian