Диаграмма состояния системы железо – кислород (Fe-O)

В системе установлено существование трех промежуточных фаз: вюстита (близко к FeO), магнетита (Fe3O4) и гематита (Fe2O3).

Вюстит — соединение переменного состава, близкого к FeO, устойчиво при избытке кислорода. Вюстит образуется при 1430—1435 °С по перитектической реакции ж+ Fe3O4↔вюстит. Область гомогенности этой фазы определена и подробно описана в [А—В]. По данным электрохимических измерений , границы области гомогенности вюстита при различных температурах:

t, °C . .        1000         900             800         700         650        600         570

О, %(ат.)    51,13       51,18      51,25      51,34     51,36      51,43        51,60

                    52,89       52,69      52,52       52,44     52,30      51,84

Распадается вюстит по эвтектоидной реакции: вюстит↔а-Fe+Fe3O4 при 560 °С; эвтектоидная точка расположена при 51,41 % (ат.) О. Решетка вюстита типа NaCl. С увеличением содержания кислорода период решетки уменьшается почти линейно; Ниже —70°C кубическая решетка превращается в ромбоэдрическую .

Магнетит Fe3O4 [57,15 % (ат.) О] плавится с открытым максимумом при ~1600°С. В сплавах, более богатых кислородом, при 1583 °С протекает реакция ж↔ Fe3O4 +О2. В равновесии с кислородом магнетит находится до 1457°С. Он имеет решетки типа шпинели с периодом а=0,8397 нм.

Гематит Fe2O3 образуется по реакции Fe3O4+O2↔ Fe2O3 при 1457 °С. Он существует в двух формах: стабильной a-Fe2O3 и метастабильной у- Fe2O3. Структура a-Fe2O3 — ромбоэдрическая типа корунда с a = 0,54271 нм и α=55° 15,8'. Ее также интерпретируют как гексагональную с 30 атомами в элементарной ячейке и периодами а=0,50345 нм, с= 1,3749 нм, с/а=02,737. у- Fe2O3 обладает решеткой типа шпинели с периодом а=0,834 нм. Имеются указания и на более сложную структуру— тетрагональную сверхструктуру с периодом решетки а = 0,833 нм, С = 2,499 нм .

В богатых железом сплавах при высоких температурах наблюдается область несмешиваемости; температура монотектики 1523 °С; монотектическая точка 0,56 % (ат.) О. При повышении температуры растворимость кислорода в жидком железе увеличивается и при 1700°С составляет 1,10 % (ат.). При монотектической температуре, по данным различных исследований, растворимость кислорода в δ-Fe составляет 0,02—0,21 % (ат) . В y-Fe при 1345 °С растворяется 0,01 ±0,01 % (ат.) О, а при 950 °С <0,02 % (ат.) О. В a-Fe растворимость кислорода не превышает 0,1 % (ат.).Растворимость кислорода в деформированном железе более, чем на порядок, превышает его растворимость в литом.

Источники:
1. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. Банных О. А., Будберг П.Б., Алисова С. П. и др. Металлургия, 1986 г.
2. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди. под ред. Шухардина С.В. Наука, 1979 г.
3. Диаграммы состояния двойных металлических систем ред. Лякишева Н.П.Машиностроение, 1996-2000 г.