Файл: Тодоров, Р. П. Структура и свойства ковкого чугуна.pdf

зуют следующие элементы системы: II группы — берил­ лий, магний; III группы — бор, алюминий, лантан, ири­ дий, скандий, церий;IV группы — кремний, титан, цирко­ ний, торий, гафний; V группы — ванадий,ниобий,тантал; VI группы — хром, уран.

Основные характеристики нитридов этих элементов показаны в табл. 20. Об их стабильности можно судить

Таблица 20

по изобарному термодинамическому потенциалу соответ­ ствующих реакций при различных температурах (рис. 27). В стандартных условиях устойчивость нитридных соеди­ нений по мере уменьшения сродства с азотом можно пред­ ставить в следующем порядке: ZnN, TaN, ThN, AIN, CeN, B3N2, UN, LaN, TaN, NbN, VN.

66

Очевидно, в такой сложной системе, какой являются чугуны, величина химического сродства между азотом и іюбым элементом, использованным в качестве модифи-

Р ис . 27. Т е м п е р а т у р н а я з а в и с и м о с т ь м а к с и м а л ь н о й р а б о т ы р е а к ц и й о б р а з о в а ­ н и я н и т р и д о в

катора, сама по себе не может гарантировать полного связывания азота в устойчивые соединения. Необходи­ мо иметь в виду и возможные взаимоотношения между модификатором и остальными компонентами чугуна. По­ этому важен тот факт, что большинство элементов, отли­ чающихся повышенным сродством с азотом, дает устой­ чивые соединения с кислородом и углеродом. Вот по­ чему были вычислены числовые значения изобарных тер­ модинамических потенциалов образования нитридов, карбидов и окислов почти всех указанных элементов при температурах 1273, 1523 и 1773°К (табл. 21). При этом были приняты во внимание только элементы, образую­ щие устойчивые нитриды1.

1 Из-за отсутствия в литературе достоверных данных о термо­ динамической устойчивости карбидов и нитридов при последующем анализе отпали Се, La, Be.

68

69

Сопоставление значений термодинамических потенци­ алов различных соединений показывает, что в зависимо­ сти от степени сродства с кислородом, азотом и углеро­ дом рассматриваемые элементы относятся к одной из двух групп. К первой группе относятся элементы, харак­

большая часть элементов, образующих устойчивые нит­ риды: А1, В, Zr, V, Ti, Th, Mg. Во второй группе (к ней относятся Si, Та, Сг) сродство элементов к азоту уступа­ ет их сродству как к кислороду, так п к углероду.

С точки зрения связывания азота в устойчивые соеди­ нения интерес, как видно, представляют элементы пер­ вой группы.

Примем пока (далее придется внести некоторые изме­ нения), что после прибавления к жидкому металлу каж­ дый из этих элементов расходуется на образование окис­ лов, нитридов и карбидов. Примем также, что повышен­ ное цродство элементов к кислороду не мешает их моди­

фикатора. Тогда разница в степени сродства к азоту и углероду будет тем главным критерием, который опреде­ лит порядок отдельных элементов в отношении их моди­ фицирующих способностей. Чем эта разница больше (в пользу азота) (табл. 22), тем более эффективен соответ-

Таблица 22

Р А З Н И Ц А М Е Ж Д У Т Е Р М О Д И Н А М И Ч Е С К И М И П О Т Е Н Ц И А Л А М И , ■ К А Л /М О Л Ь , О Б Р А З О В А Н И Я Н И Т Р И Д О В И К А Р Б И Д О В

С О О Т В Е Т С Т В У Ю Щ И Х Э Л Е М Е Н Т О В 4 ( 4 Z T= A — Z T Н И Т Р И Д А —

4 Z T К А Р Б И Д А )

ствующий элемент (при прочих равных условиях). Ис­ ходя из этого, эффективность модификаторов можно представить в следующем порядке: Al, Th, V, U, Zr, Ті, В.

70