На рисунке приведена диаграмма плавкости системы Fe-Zr указаны температура плавления исходных веществ и образующихся соединений

1.
На рисунке приведена диаграмма плавкости системы Fe-Zr, указаны температура плавления исходных веществ и образующихся соединений, температуры эвтектик и полиморфных превращений. Ниже дается описание этой диаграммы плавкости, с указанием фазовых превращений: на линиях ликвидуса, солидуса и линии сольвуса. Для соединений приведены параметры и структура кристаллических решеток.
В системе образуются четыре соединения.
Соединение Fe3Zr, образуется по перетектической реакции: δ-Fe+Fe2Zr=Fe3Zr при температуре 14800. Граница области гомогенности фазы находится при 24-30ат%Zr. Эвтектика находится при температуре 13350С и концентрации ~8ат%Zr.
Соединение Fe2Zr является конгруэнтно плавящимся при температуре 16750С, имеет область гомогенности протяженностью 27,7…34,3ат%Zr при температуре 14500С и 30…37ат%Zr при температуре 6000С.
Соединение FeZr2 образуется по перетектической реакции: Ж+Fe2Zr=FeZr2 при температуре 11000С и существует в ограниченном интервале температур, претерпевая эвтектоидный распад при температуре 8630С. Эвтектика определяется при температуре 9470С. Для получения сплава FeZr2 в однофазном состоянии требуется длительный отжиг ~100ч при температуре ~9000С, а для предотвращения его эвтектоидного распада необходима резкая закалка из области существования соединения.
Соединение FeZr4, образуется по перетектоидной реакции: FeZr2+β-Zr=FeZr4 при температуре 8630С. Граница области гомогенности фазы на основе FeZr4 со стороны Fe находится при 79,2 ат%Zr. Эвтектоидная температура 7950С, состав 96,5ат%Zr (по диаграмме плавкости). Следует заметить, что Fe понижает температуру превращения β-Zr в α-Zr. Твердый раствор на основе β-Zr претерпевает эвтектоидный распад по реакции: β-Zr↔α-Zr+FeZr4. Приче температура эвтектоидной реакции оценивается в интервале 765±300С. Этот интервал температур образуется вследствие присутствия примеси кислорода в сплавах. Температура 7350С принята в качестве эвтектоидной температуры при нулевом содержании кислорода. Эвтектоидная концентрация составляет 3,55…4,02ат%Zr. Растворимость Fe в α-Zr незначительная ~0,033ат%Fe при эвтектоидной температуре и 0,02ат%Fe – при 7000С.
Zr понижает температуру плавления и температуру полиморфного превращения δ-Fe↔γ-Fe. Температура эвтектической реакции Ж↔γ-Fe+Fe2Zr равна 13350С. Концентрация Zr в эвтектической точке составляет 9,4ат%Zr. В γ-Fe при эвтектической температуре 13920С растворяется ~0,6ат%Zr. Температура распада δ-Fe равна 13550С, а максимальное содержание – 0,2ат%Zr. Температура превращения γ-Fe↔α-Fe с добавкой Zr повышается до 9250С. При этой температуре происходит реакция γ-Fe+Fe2Zr↔α-Fe, причем в α-Fe растворяется 0,2ат%Zr, в γ-Fe – 0,1ат%Zr.
Кристаллическая структура соединений системы Fe-Zr представлена в таблице.
Таблица
Кристаллическая структура соединений системы Fe-Zr
Соединение Тип
кристаллич.
решетки Простанств.
группа Параметры решетки, нм

a b c
Fe2Zr MgCu2 cF24;
Fd3m 0,695…0,706
0,704 — —
FeZr2 CuAl2 tI12;
14/mcm 0,636 — 0,582
FeZr4 искаженная
CuAu2, — 0,3283 0,3535 0,6867
При кристаллизации аморфных сплавов наблюдается также образование фазы FeZr2 с кубической структурой типа Ti2Ni или W3Fe3 и кристаллической решеткой Е93, которая возникает вследствие загрязнения сплавов примесями внедрения (О и N).
B
A
106680011430Рисунок 1. Диаграмма плавкости Fe-Zr.

2.
Рассчитаем состав сплава при заданной температуре – 9000С:
100%FeZr2 будет соответствовать 33,3ат%Fe
75%FeZr2 будет соответствовать Хат%Fe
Х=25ат%Fe.
На диаграмме плавкости проводим линию, отвечающую этому составу.
Точка А находится на пересечении, проведенной линии и эвтектики 9470С. Выше точки А компоненты находятся в расплавленном (жидком) состоянии.
В точке А – эвтектическая точка (нонвариантная). В равновесии находятся расплав, твердый раствор на основе FeZr2 и β-Zr.
Отрезок АВ соответствует существованию двух фаз FeZr2 и β-Zr.
В области ниже точки В существуют так же две фазы FeZr2 и FeZr4.

3.
Расчет будем вести по правилу фаз. С этой целью проведем при температуре 8500С горизонтальную линию – коноду.
Фазовая составляющая или фаза – это гомогенная часть системы определенного состава и агрегатного состояния, отделенная от остальных частей системы поверхностями раздела.
Структурная составляющая, в отличие от фазовой составляющей, – это гомогенная или квазигомогенная часть системы, состоящая из одной или нескольких фаз, имеющая во всем объеме этой составляющей одинаковый средний химический состав и регулярное строение, обусловленное особенностями механизмов ее образования.
Структурными составляющими для системы Fe-Zr при температуре 8500С являются:
–α-Fe твердый раствор Zr в Fe. Состав: ~0,2ат%Zr, 99,8ат%Fe;
–соединение Fe3Zr и твердый раствор на его основе. Состав: со стороны Fe – 24…27ат%Zr, со стороны Zr – 27…30ат%Zr;
–область между α-Fe и тв. р. на основе Fe3Zr;
–соединение Fe2Zr и тв. р. на его основе. Состав: со стороны Fe – 30…33,3ат%Zr, со стороны Zr – 33,3…37ат%Zr;
–область между тв. р. на основе Fe2Zr; и соединением FeZr2. Состав: 37…61ат%Zr.
–тв. р. на основе FeZr2. Состав: 61…63ат%Zr.
–область между тв. р. на основе FeZr2 и соединением FeZr4. Состав: 63…80ат%Zr.
–область между соединением FeZr4 и β-Zr. Состав: ~80…~95ат%Zr.
–область между β-Zr и α-Zr. Состав: ~0,1ат%ZrFe;
–α-Zr – твердый раствор на основе Состав: `0,03ат%ZrFe.

4.
Исходя из диаграммы состояния и имеющихся литературных данных, фазовый и структурный состав ниже 7000С остается постоянным, поэтому при температуре 200С он будет такой же, как описан в пункте 3. Только исчезнут твердые растворы на основе Fe и Zr.
5.
В производстве чистый сплав Fe-Zr не используется. Применение находят сплавы на основе железа или магния с добавкой циркония и неодима: Fe(Mg)-Nd-Zr. Структура сплавов представляет собой твердый раствора неодима и циркония в железе (магнии) и эвтектики по границам зерен, в состав которой входит соединение Fe(Mg)9Nd. Микроструктура сплавов представлена на рисунке 2. После термической обработки соединение Fe(Mg)9Nd принимает округлую форму. Внутри зерна появляются мелкодисперсные частицы продуктов распада твердого раствора (рис.3).

Рисунок 2. Микроструктура сплавов системы Fe(Mg)-Nd-Zr: увеличение:×200 и ×500

Рисунок 3. Микроструктура сплавов системы Fe(Mg)-Nd-Zr в литом состоянии после термической обработки: увеличение:×200 и ×500.

user315133 4.0

35 л., образование высшее психологическое; ученая степень: кандидат философских наук; проф. переподготовка по программам "Политический менеджмент", "Клиническая логопедия", член-корр. МАНПО, член РФО. Автор более 95 научных публикаций.

Нанять автора