ФГБОУВО «Брянский государственный технический университет» (БГТУ), Брянск, Россия:

С. В. Давыдов, профессор кафедры «Триботехническое материаловедение и технологии материалов», докт. техн. наук, эл. почта: fulleren_grafen@mail.ru

В рамках существующей диаграммы сплавов «железо – углерод» однозначно нельзя объяснить некоторые эффекты, например выделения спели из чугунов доменной плавки и невозможность существующими металлургическими технологиями получить железоуглеродистые сплавы, содержащие более 5 % С. Кроме того, «белым» пятном на диаграмме является карбидная область, лежащая правее линии цементита. Существенный прогресс, достигнутый в настоящее время в изучении карбидов железа и поведении железоуглеродистых сплавов при экстремальных параметрах, позволяет обновить и уточнить диаграмму «железо-углерод» в области фазовых превращений карбидов железа, до концентрации 9,7 % С, соответствующей химическому составу ε-карбида Fe₂C. Авторами предложена полная диаграмма системы «железо – карбид ε-Fe₂C» в концентрационном интервале 0–9,7 % С. На диаграмме введены следующие фазовые превращения: протекание кристаллизации цементита θ-Fe₃C по реакции перитектического типа нонвариантного трехфазного синтектического равновесия; описание кристаллизации карбида Хегга χ-Fe₅C₂ в рамках превращения по реакции нонвариантного трехфазного перитектического равновесия; низкотемпературное карбидное превращение перитектоидного типа, при котором твердые растворы феррита и цементита образуют твердый раствор широкой области гомогенности на основе бертоллида ε-карбида Fe₂C. Показано, что карбидные фазы представляют собой единый изоморфный квазикарбидный твердый раствор, а структурно, в соответствии с предложенным вариантом диаграммы, карбидная фаза кристаллизуется в виде смеси карбидных фаз как квазиэвтектика.

1. Давыдов С. В. Давление пара углерода и строение расплавов чугуна // Металлургия машиностроения. 2002. № 3(6). С. 17–20.
2. Жуков А. А., Штеренберг Л. Е., Шалашов В. А., Томас В. К., Березовская Н. А. Псевдогексагональный карбид железа Fe₇C₃ и эвтектика Fe₃C-Fe₇C₃ в системе Fe-C // Известия АН СССР. Металлы. 1973. № 1. С. 181–184.
3. Жуков А. А. Геометрическая термодинамика сплавов железа / изд. 2-е, перераб. — М. : Металлургия, 1979. — 232 с.
4. Литасов К. Д., Попов З. И., Гаврюшкин П. Н. и др. Первопринципные расчеты уравнений состояния и относительной стабильности карбидов железа при давлениях ядра Земли // Геология и геофизика. 2015. Т. 56. № 1-2. С. 214–223.
5. Баталева Ю. В., Пальянов Ю. Н., Борздов Ю. М., Баюков О. А., Соболев Н. В. Условия образования графита и алмаза из карбида железа при P,T-параметрах литосферной мантии // Геология и геофизика. 2016. Т. 57. № 1. С. 225–240.
6. Жуков А. А., Снежной Р. Л. О форме кривой ликвидус в области плавления цементита на диаграмме состояния железо-алмаз // Известия АН СССР. Металлы. 1976. № 3. С. 192–199.
7. Жуков А. А. О диаграмме состояния сплавов системы Fe–C // Металловедение и термическая обработка металлов. 1988. № 4. С. 2–9.
8. Жуков А. А., Снежной Р. Л., Штеренберг Л. Е., Кальнер В. Д., Шалашов В. А., Томас В. К., Березовская Н. А. Диаграмма состояния системы железо–алмаз // Докл. АН СССР. 1973. Т. 211, № 1. С. 145–147.
9. Сильман Г. И. Система железо-углерод. — Брянск : Изд-во БГИТА, 2007. — 84 с.
10. Сильман Г. И. Уточнение диаграммы Fe-С на основе результатов термодинамического анализа и обобщения данных по системам Fe–C и Fe–C–Cr // Металловедение и термическая обработка металлов. 1997. № 11. С. 2–7.
11. Давыдов С. В. Карбидное превращение перитектоидного типа в Fe-C сплавах // Металлургия машиностроения. 2020. № 4. С. 17–26.
12. Lord O. T., Walter M. J., Dasgupta R., Walker D., Clark S. M. Melting in the Fe–C System to 70 GPa // Earth Planetary Science Latters. 2009. Vol. 284. P. 157–167.
13. Nakajima Y., Takahashi E., Suzuki T., Funakoshi K. «Carbon in the Core» Revisited // Earth Planet. Interiors. 2009. Vol. 174. P. 202–211.
14. Гуляев А. П. О диаграмме железо-углерод // Металловедение и термическая обработка металлов. 1990. № 7. С. 21.
15. Залкин В. М., Крапошин В. С. Строение железоуглеродистых расплавов. О стабильности цементита в расплавах // Металловедение и термическая обработка металлов. 2010. № 1. С. 15–18.
16. Баринов В. А., Цурин В. А., Казанцев В. А., Суриков В. Т. Карбонизация α-Fe при механосинтезе // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. № 1. С. 57–73.
17. Баринов В. А., Казанцев В. А., Суриков В. Т. Температурные исследования механосинтезированного цементита // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. № 6. С. 614–623.
18. Баринов В. А., Протасов А. В., Суриков В. Т. Исследование механосинтезированного χ-карбида Хэгга // Физика металлов и металловедение. 2015. Т. 116. № 8. С. 835–845.
19. Баринов В. А., Цурин В. А., Суриков В. Т. Исследование механосинтезированного Fe₇C₃ // Физика металлов и металловедение. 2010. Т. 110, № 5. С. 497–507.
20. Chen B., Lai X., Li J., Liu J., Zhao J., Bi W., Alp E. E., Hu M. Y., Xiao Y. Experimental Constraints on the Sound Velocities of Cementite Fe3C to Core Pressures // Earth and Planetary Science Letters. 2018. Vol. 494. No. 15. P. 164–171.
21. Suguru T., Ohtani E., Ikuta D., Kamada S., Sakamaki T., Hirao N., Ohishi Y. Thermal Equation of State of Fe₃C to 327 GPa and Carbon in the Core // Minerals. 2019. Vol. 9, No. 12. P. 744–754.
22. Izumi M., Miozzi F., Hirose K., Morard G., Sinmyo R. Melting experiments on the Fe–C binary system up to 255 GPa: Constraints on the carbon content in the Earth’s core // Earth and Planetary Science Letters. 2019. Vol. 515. P. 135–144.
23. Morard G., Nakajima Y., Andrault D., Antonangeli D., Auzende A. L., Boulard E., Cervera S., Clark A. N., Lord O. T., Siebert J., Svitlyk V., Garbarino G., Mezouar M. Structure and density of Fe-C liquid alloys under high pressure // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2017. Vol. 10. P. 7813–7823.
24. Yuki Sh., Kono Y., Fei Y. Microscopic structural change in a liquid Fe-C alloy of ~5 GPa // American Geophysical Union (AGU), Geophysical Research Letters. 2015. Vol. 7. P. 5236–5242.
25. Zhimulev E. I., Sonin V. M., Mironov A. M., Chepurov A. I. Effect of Sulfur Concentration on Diamond Crystallization in the Fe–C–S System at 5.3–5.5 GPa and 1300–1370 °C // Geochemistry International. 2016. Vol. 54. No. 5. P. 415–422.
26. Jin Liu, Jung-Fu Lin, Prakapenka V. B., Prescher C., Yoshino T. Phase relations of Fe₃C and Fe₇C₃ up to 185 GPa and 5200 K: Implication for the stability of iron carbide in the Earth’s core // American Geophysical Union (AGU), Geophysical Research Letters. 2016. No. 12. P. 12415–12422.
27. Lord O. T., Walter M. J., Dasgupta R., Walker D., Clark S. M. Melting in the Fe–C system to 70 GPa.Earth and Planetary Science Letters. 2009. Vol. 284(1-2). P. 157–167.