Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа: Справ. изд.

Банных О. А., Будберг П. Б., Алисова С. П. и др.

Металлургия, 1986 г.

Диаграмма состояния системы Fe-N имеет важное практическое значение в связи с широким промышленным применением азотирования и нитроцементации стали. Железо с азотом   образует   нитриды Fe₄N(γ’)> Fe2N(ζ), ε -фазу и метастабильный нитрид Fe₁₆N₂ (азотистый мартенсит).

Растворимость газообразного азота в феррите при давлении 0,1 МПа в интервалах температур 700—900 ° С (α -Fe) и 1392—1539° С (δ -Fe) : lg N = - 1700/T - 30, где N - азот, % (ат.).

Растворимость газообразного азота в аустените при давлении 0,1 МПа в интервале 590— 1100°С: lg N = 155/T-1,1, где N —азот, % (ат.).

Растворимость газообразного азота в жидком железе при давлении 0,1 МПа [12]: lg N = - 475/T-0,5, где N —азот, % (ат.).

Растворимость азота в α -Fe, находящемся в равновесии с Fe₄N см. рис. Максимальная растворимость при 590°С составляет 0,4 % (ат.), или 0,1 % (по массе). Предельная растворимость равна 0,46% (ат.), или 0,115 % (по массе).

Превращение γ↔ α+ γ’ происходит при 590°С. Эвтектоидная точка расположена при содержании азота 8,75 % (ат.), или 2,35% (по массе). Второе эвтектоидное превращение вощение ε ↔ γ + γ’ протекает при 650 °С,    эвтектоид    содержит 16,0 % (ат.), или 4,55 %. Предельные растворимости    составляют     10,3 % (ат.), или 2.8 % (по массе) N в γ-фазе и 19,1 % (ат.), или 5,6 % (по массе) N в γ’-фазе соответственно. Фаза у' кристаллизуется из ε -твердого раствора при 680±5°С; область гомогенности при 650°С составляет 19,1—20% (ат.), или 5,7—6,1 % (по массе) N. Соединение Fe₂N кристаллизуется из ε - твердого раствора при 500°С и 33,3% (ат.), или 11,14% (по массе) N. Область гомогенности этого соединения не превышает 1,14—1,35 % (по массе).

Фаза α — твердый раствор внедрения азота в о. ц. к. α -Fe. Растворимость азота в α -Fe при 590° С незначительна и составляет 0,1 % (по массе), или 0,4 % (ат.) N, поэтому период решетки этого раствора практически совпадает с периодом решетки α -Fe.

Фаза γ — твердый раствор внедрения азота в г. ц. к. γ - Fe, изоморфный аустениту в системе Fe — С. Период решетки γ -фазы при увеличении содержания азота увеличивается с 0,3637 нм (y-Fe 910° С) до 0,3646 нм при содержании 8.67% (ат.), или 2,33% (по массе) N.

Фаза γ’ имеет г. ц. к. структуру с атомом азота, расположенным в центре ячейки. В узкой области гомогенности период решетки фазы изменяется от 0,3791 до 0,3801 нм . Область гомогенности γ’-фазы при 500° С расположена в интервале 19,6— 19,95 % (ат.) N.