ФГБОУ ВО «Брянский государственный технический университет», Брянск, Россия:

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

В системе железо – углерод (Fe – C) в настоящее время, кроме цементита Θ-Fe₃C, объективно выделены всего три типа карбидов: ε-карбид Fe₂C, карбид Хегга χ-Fe₅C₂ и карбид Экстрёма — Адкокка æ-Fe₇C₃, химически располагающихся правее линии цементита и не отображенных на диаграмме состояния. Для уточнения фазового состава в зацементитной области диаграммы необходимы, во-первых, полная физико-химическая идентификация карбидов и, во-вторых, получение и исследование сплавов с содержанием углерода от 6 до 10 %. На основе обширного анализа имеющихся научных и экспериментальных данных показано, что соединения железа с углеродом, определяемые в настоящее время как карбиды железа, таковыми не являются, поскольку их физическое поведение в сплавах противоречит свойствам классического химического соединения. Установлено, что карбиды являются нестехиометрическими соединениями, т. е. фазами переменного состава, содержащими стехиометрический состав или твердые растворы внедрения второго рода на основе дальтонидов и бертоллидов. Показано, что всю совокупность структурной организации фаз (сплавов) на диаграмме железо – углерод от концентрации 6,67 % С (цементит Θ-Fe₃C) до 9,7 % С (карбид ε-Fe₂C) можно охарактеризовать как единый изоморфный квазикарбидный твердый раствор, который включает в себя фазы внедрения стехиометрических составов цементита-Fe₃C, карбида Хегга χ-Fe₅C₂, карбида Экстрёма — Адкокка æ-Fe₇C₃ и-карбида Fe₂C. Поскольку твердый раствор цементита не может быть компонентом диаграммы состояния сплавов, им является химическое соединение бертоллид ε-Fe₂C, и диаграмму железо – цементит можно с полным основанием переименовать в диаграмму состояния сплавов железо – карбид ε-Fe₂C в концентрационной области от 0 до 9,7 % С.

1. Okamoto Hiroyuki. The C – Fe (carbon – iron) system // Journal of Phase Equilibria. 1992. Vol. 13, No. 5. P. 543–565.
2. Косолапова Т. Я. Карбиды. — М. : Металлургия, 1968. — 300 с.
3. Банных О. А., Будберг П. Б., Алисова С. П. и др. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. — М. : Металлургия, 1986. — 440 с.
4. 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.
5. 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. C. 181–184.
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. C. 192–199.
7. Куликов И. С. Термодинамика карбидов и нитридов. — Челябинск : Металлургия, 1988. — 320 с.
8. Высокотемпературные карбиды / отв. ред. Г. В. Самсонов. — Киев : Наукова Думка, 1975. — 192 с.
9. Самсонов Г. В., Косолапова Т. Я., Гнесин Г. Г. и др. Карбиды и сплавы на их основе. — Киев : Наукова думка, 1976. — 267 с.
10. Kundu S., Bhadeshia H. K. D. H. Crystallographic texture and intervening transformations // Scripta Materialia. 2007. Vol. 57. P. 869–872.
11. Тот Л. Карбиды переходных металлов / под ред. П. В. Гельда ; пер. с англ. — М. : Мир, 1974. — 296 с.
12. Уикс К. Е., Блок Ф. Е. Термодинамические свойства 65 элементов, их окислов, галогенидов, карбидов и нитридов : пер. с англ. — М. : Металлургия, 1965. — 240 с.
13. Болгар А. С., Турчанин А. Г., Фесенко В. В. Термодинамические свойства карбидов / под ред. Г. В. Самсонова. — Киев : Наукова думка, 1973. — 259 с.
14. Bhadeshia H. K. D. H. Cementite // International Materials Reviews. 2020. Vol. 65, No. 1. P. 1–27.
15. Елманов Г. Н., Залужный А. Г., Скрытный В. И. и др. Физическое материаловедение : в 6 т. Т. 1. Физика твердого тела / под общей ред. Б. А. Калина. — М. : МИФИ, 2007. — 636 с.
16. Елманов Г. Н., Залужный А. Г., Скрытный В. И. и др. Физическое материаловедение : в 6 т. Т. 2. Основы материаловедения / под общей ред. Б. А. Калина. — М. : МИФИ, 2007. — 608 с.
17. Носков Ф. М., Квеглис Л. И., Лесков М. Б. Структурообразование в зоне контакта металлов при совместной пластической деформации : монография. — Красноярск : Сибирский федеральный университет, 2019. — 200 с.
18. Волков В. А., Ульянов А. И., Чулкина А. А., Елькин И. А. Механизмы формирования фаз при механосинтезе сплавов Fe – C // Химическая физика и мезоскопия. 2018. Т. 20. № 4. С. 502–507.
19. Ломаева С. Ф. Механизмы формирования структуры, фазового состава и свойств наносистем на основе железа при механоактивации в органических средах : автореф. дис. … д-ра физ-мат. наук. — Ижевск : Физико-технический институт УрО РАН, 2007. — 32 с.
20. 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.
21. Баринов В. А., Казанцев В. А., Суриков В. Т. Температурные исследования механосинтезированного цементита // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. № 6. С. 614–623.
22. 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.
23. Баринов В. А., Цурин В. А., Суриков В. Т. Исследование механосинтезированного Fe₇C₃ // Физика металлов и металловедение. 2010. Т. 110. № 5. С. 497–507.
24. Воронин В. И., Бергер И. Ф., Горностырев Ю. Н., Урцев В. Н., Кузнецов А. Р. и др. Состав цементита в зависимости от температуры. In-Situ нейтронография и результаты Ab-Initio расчетов // Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики. 2010. Т. 91. № 3. С. 154–157.

25. Цементит в углеродистых сталях : коллективная монография/ под ред. В. М. Счастливцева. — Екатеринбург : Издательство УМЦ УПИ, 2017. — 380 с.
26. Залкин В. М., Крапошин В. С. Строение железоуглеродистых расплавов. О стабильности цементита в расплавах // Металловедение и термическая обработка металлов. 2010. № 1. С. 15–18.
27. 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.
28. Гуляев А. П. О диаграмме железо – углерод // Металловедение и термическая обработка металлов. 1990. № 7. С. 21 с.
29. Давыдов С. В. Карбидное превращение перитектоидного типа в Fe – C-сплавах // Металлургия машиностроения. 2020. № 4. С. 17–26.
30. Окишев К. Ю., Мирзаев Д. А. Анализ возможности перераспределения атомов углерода в решетке цементита // Вестник ЮурГУ. 2011. № 36. С. 56–60.
31. Окишев К. Ю., Мирзаев Д. А. Поры в кристаллической решетке цементита и положение атомов углерода // Вестник ЮурГУ. 2003. № 6. С. 79–85.
32. Окишев К. Ю., Мирзаев Д. А. О возможных позициях атомов углерода в решетке цементита // Физика металлов и металловедение. 2003. Т. 96. № 3. С. 75–78.
33. Медведева Н. И., Карькина Л. Е., Ивановский А. Л. Влияние эффектов атомного разупорядочения и нестехиометрии по углеродной подрешетке на зонную структуру цементита Fе3C // Физика металлов и металловедение. 2003. Т. 96. 5. С. 16–20.
34. Bin Chen, Xiaojing Lai, Jie Li, Jiachao Liu, Jiyong Zhao et al. 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.
35. Takahashi Suguru, Eiji Ohtani, Daijo Ikuta, Seiji Kamada, Tatsuya Sakamaki et al. Thermal equation of state of Fe3C to 327 GPa and carbon in the // Minerals. 2019. Vol. 9, No. 12. P. 744–754.
36. Mashino I., Francesca M., Kei H., Guillaume M., Ryosuke S. 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.
37. Morard G., Nakajima Y., Andrault D., Antonangeli D., Auzende A. L. Structure and density of Fe – C liquid alloys under high pressure // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2017. No. 10. P. 7813–7823.
38. Shibazaki Yuki, Yoshio Kono, Yingwei Fei. Microscopic structural change in a liquid Fe – C alloy of ~5 Gpa // American Geophysical Union (AGU), Geophysical Research Letters. 2015. No. 7. P. 5236–5242.