Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Развитие диаграммы состояния сплавов системы Fe-C

Покупка
Новинка
Основная коллекция
Артикул: 823229.01.99
Доступ онлайн
от 700 ₽
В корзину
В монографии рассмотрены основные этапы эволюции диаграммы состояния сплавов системы Fe-100%C и ее нерешенные задачи. Выполнен анализ основных структурных проблем диаграммы, к которым следует отнести отсутствие полной физико-химической идентификации ключевых карбидных фаз и отсутствие областей фазовых превращений с их участием в структуре существующих вариантов диаграмм состояния сплавов Fe-100%C. Предложен вариант диаграммы системы Fe-100%C в концентрационном интервале 0...18,0%С на основе перитектоидного и перитектического карбидных превращений. Показано, что карбидные фазы представляют собой единый изоморфный квазикарбидный твердый раствор, а структурно карбидная фаза кристаллизуется в виде твердого раствора карбидных фаз как поликарбидная квазиэвтектика. Открыто неизвестное ранее явление кристаллизации монокарбида FeC и его сокристаллизация с 8-карбидом Fe2C при перитектоидном превращении. Предложен уточненный вариант диаграммы Fe-100%C, который описывается в рамках фазового превращения по реакции нонвариантного трехфазного перитектического равновесия. Исследовано полиморфное превращение железа, которое в совокупности состоит из трех фазовых превращений, и предложена новая модель металлической связи. Предназначена для научных работников и преподавателей вузов в области металловедения, литейного производства и металлургии, а также магистрантов и аспирантов, обучающимся по направлениям подготовки (специальностям) «Материаловедение», «Литейное производство», «Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов», специалистов соответствующих промышленных предприятий.
10
164
173
319
411
419
Давыдов, С. В. Развитие диаграммы состояния сплавов системы Fe-C : монография / С.В. Давыдов. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 601 с. — (Научная мысль). - ISBN 978-5-16-112331-7. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.ru/catalog/product/2137884 (дата обращения: 03.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Н А У Ч Н А Я  М Ы С Л Ь 
 
 
 
С.В. ДАВЫДОВ 
 
 
 
РАЗВИТИЕ ДИАГРАММЫ 
СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ  
СИСТЕМЫ FE-C 
 
 
 
МОНОГРАФИЯ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва 
ИНФРА-М 
2024 
УДК 669(075.4)
ББК 34.341 

Д13

ФЗ 

№ 436-ФЗ 

Издание не подлежит маркировке

в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1 

 
 
 
 
 
 
Давыдов С.В. 
Д13 
Развитие диаграммы состояния сплавов системы Fe-C : монография / 
С.В. Давыдов. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 581 с. — (Научная мысль). 
 
ISBN 978-5-16-112331-7 (online) 
 
В монографии рассмотрены основные этапы эволюции диаграммы состояния 
сплавов системы Fe-100%C и ее нерешенные задачи. Выполнен анализ основных 
структурных проблем диаграммы, к которым следует отнести отсутствие полной физико-
химической идентификации ключевых карбидных фаз и отсутствие областей фазовых 
превращений с их участием в структуре существующих вариантов диаграмм состояния 
сплавов 
Fe-100%C. 
Предложен 
вариант 
диаграммы 
системы 
Fe-100%C 
в концентрационном интервале 0...18,0%С на основе перитектоидного и перитектического 
карбидных превращений. Показано, что карбидные фазы представляют собой единый 
изоморфный 
квазикарбидный 
твердый 
раствор, 
а 
структурно 
карбидная 
фаза 
кристаллизуется в виде твердого раствора карбидных фаз как поликарбидная 
квазиэвтектика. Открыто неизвестное ранее явление кристаллизации монокарбида FeC 
и его сокристаллизации с 8-карбидом Fe2C при перитектоидном превращении. Предложен 
уточненный вариант диаграммы Fe-100%C, который описывается в рамках фазового 
превращения по реакции нонвариантного трехфазного перитектического равновесия. 
Исследовано полиморфное превращение железа, которое в совокупности состоит из трех 
фазовых превращений, и предложена новая модель металлической связи. 
Предназначена для научных работников и преподавателей вузов в области 
металловедения, литейного производства и металлургии, а также магистрантов 
и аспирантов, 
обучающихся 
по 
направлениям 
подготовки 
(специальностям) 
«Материаловедение», «Литейное производство», «Металловедение и термическая 
обработка металлов и сплавов», специалистов соответствующих промышленных 
предприятий. 
 
УДК 669(075.4) 
ББК 34.341 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-16-112331-7 (online)  
 
 
 
     © Давыдов С.В., 2024 
Посвящается моему Учителю, 

профессору, 

доктору технических наук,

доктору химических наук  

Жукову Андрею Александровичу
Жуков Андрей Александрович родился 15 

сентября 1928 года в г. Праге. С 1931 по 1950 г. г. 
проживал в Шанхае (Китай), где окончил французский 
колледж и химический факультет французского 
университета «Аврора». В 1954 году с отличием 
закончил Московский вечерний металлургический 
институт. 
В 
1959 
г. 
защитил 
кандидатскую 

диссертацию, в 1968 г. – докторскую диссертацию в 
области теории графитизации чугунов, в 1990 г. –
докторскую диссертацию по физической химии
структурообразования в железоуглеродистых сплавах.

Заведовал кафедрами в нескольких вузах 

СССР – МВТУ им. Баумана, Завод-втуз при ЗИЛе, 
Брянский институт транспортного машиностроения 
(БИТМ), Винницком политехническом институте. 
Несколько лет проработал профессором в Индии. Знал 
в совершенстве английский, немецкий, французский 
языки, 
владел 
китайским, 
польским, 
чешским 

языками.

Опубликовал более 700 работ, 10 книг и 

справочников. За научные достижения Жуков А.А. 

удостоен двух премий им. Д.К. Чернова, премии им. Соболевского, медали ВДНХ. Научная 
деятельность Жукова А.А. была очень насыщенной и многогранной. Значительный вклад в 
науку внесли его работы в области металлургии, металловедения, литейного производства, 
металлофизики и физической химии металлов.

К металлофизическому направлению работ Жукова А.А. относятся его исследования 

по увязке электронного строения элементов с их влиянием на структурообразование в 
чугунах и сталях.

Большой вклад Жуков А.А внес в теорию сплавов, в частности, в теоретическое 

обоснование базовой диаграммы в области металловедения чугунов и сталей – диаграммы 
Fe-С с нанесением на диаграмму линий изоактивности углерода. Жуков А.А. впервые 
экспериментально определил область гомогенности цементита и его температуру плавления, 
решив одну из важнейших проблем теории диаграммы Fe-С.

Значительная часть теоретических и экспериментальных работ Жукова А.А. 

относится к разработке и развитию научных основ теории графитизации в чугунах, а также 
исследованию фазовых превращений при структурообразовании в чугунах и сталях. Жуков 
А.А. внес значительный вклад в теорию состояния жидкого чугуна, первым предложив 
рассматривать структуру жидкого чугуна на основе многомерности форм существования 
углеродных кластеров, и в частности, фуллеренов. На основе термодинамического подхода к 
процессам графитизации Жуков А.А. разработал целый ряд структурных диаграмм чугунов 
для их практического применения в литейном производстве, новых типов сплавов, например, 
стабильно-половинчатых чугунов и технологий модифицирования чугуна и стали. 
Результаты работ в этом направлении изложены в фундаментальной настольной книге 
литейщиков и металловедов: «Чугун: Справ. изд./под ред. А.А. Жукова и А.Д. Шермана. –
М.: Металлургия, 1991. – 576 с.». Основным научным интересом Жукова А.А. являлось 
развитие теории геометрической термодинамики и ее приложения к термодинамике 
железоуглеродистых сплавов, которые он изложил в своем главном научном труде –
монографии, вышедшем в двух изданиях: «Жуков А.А. Геометрическая термодинамика 
сплавов железа: Изд. 1-е. – М.: Металлургия, 1971. – 272 с.;  Изд.    2-е, перераб. – М.: 
Металлургия, 1979. – 232 с.». Умер 4 ноября 2002 г. Похоронен в г. Пушкино, Московской 
области.
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………….9
ГЛАВА 1. ЭВОЛЮЦИЯ ДИАГРАММЫ Fе-Fе3C………………………………………..10
1.1 Диаграмма фазового  равновесия в системе сплавов Fe -Fe3C………………………10
1.2 Диаграмма «железо-алмаз»……………………………………………………………..22
1.3 Фазовые превращения карбидов железа в ядре Земли……………………………......31

1.3.1 Внутреннее строение ядра Земли…………………………………………........31
1.3.2 Фазовые соотношения и стабильность карбидов железа.

Fe2C, Fe3C, Fe7C3 при давлениях и температурах ядра Земли………………..33

1.3.3 Политипные модификации карбида Fe7С3………………………………………41
1.3.4 Структура и состав карбидов железа, стабильных при 

сверхвысоких давлениях……………………………………………………......42

1.3.5 Фазовая диаграмма железа при высоких давлениях……………………….....45

1.4 Диаграмма состояния сплавов системы Fe-C при сверхвысоких давлениях………..48

1.4.1 Экспериментальные методы синтеза, плавки и исследования 

смесей карбидов Fe3C, Fe7C3 с железом……………………………………….48

1.4.2 Исследование расплава эвтектического состава в системе Fe-Fe3C………....50
1.4.3 Фазовая диаграмма Fe-С в условиях сверхвысоких 

давлений и температур………………………………………………………….54

1.4.4 Металлографические исследования структуры сплавов системы 

Fe-C при сверхвысоких давлениях……………………………………………..67
1.4.4.1 Фазовая структура закаленных с 13000С

сплавов под давлением  5,0 ГПа………………………………………70

1.4.4.2 Фазовая структура закаленных с 17000С 

сплавов под давлением  5,0 ГПа……………………………………….72

1.4.4.3 Фазовая структура закаленных с 18000С 

сплавов под давлением 14,0 ГПа………………………………………74

1.4.5 Фазовые превращения в цементите Fe3C при нагреве в условиях 

сверхвысоких давлений…………………………………………………………..77

1.4.6 Конфигурация линий фазового равновесия в высокоуглеродистой 

части диаграммы Fe-C…………………………………………………………….80

1.5 Ревизионистские варианты диаграммы Fе-Fе3C…………………………………………90
1.6  Бабошин А.Л. – русский ученый и педагог в области металловедения……………….96
Выводы к главе 1……………………………………………………………………………….99
Список литературы к главе 1…………………………………………………………………100

ГЛАВА 2. БАЗОВЫЕ ПРОТИВОРЕЧИЯ ДИАГРАММЫ 

СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Fе-Fе3C…………………………………………………107

2.1 Традиционный вид диаграммы Fe-Fe3C…………………………………………………107
2.2 Теоретические направления развития диаграммы Fe-Fe3C……………………………114
2.3 Противоречивость совмещения двух систем  

фазового равновесия на одной диаграмме.……………………………………………..116

2.4 Технологический предел диаграммы Fe-Fe3C …………………………………………..120
Выводы к главе 2...……………………………………………………………………………..122
Список литературы к главе 2..…………………………………………………………………122
ГЛАВА 3. ФРАГМЕНТАРНОСТЬ ФАЗОВОЙ СТРУКТУРЫ 

ДИАГРАММЫ Fe3C-100%C…………………………………………………..124

3.1 Карбиды железа…………………………………………………………………………125
3.2 Фазовое равновесие в области жидкость-пар диаграммы Fe-100%C………………..128
3.3 Структурные формы графита диаграммы Fe-100%C…………………………………128
Выводы к главе 3…………………………………………………………………………….138
Список литературы к главе 3……………………………………………………………….138

ГЛАВА 4 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ 

КАРБИДНЫХ ФАЗ В СИСТЕМЕ СПЛАВОВ Fe-100%C…………………….142

4.1 «Белые» карбидные области диаграммы состояния сплавов Fe-C…………………..142
4.2 Железо-углеродистые сплавы как растворы…………………………………………..143
4.3 Эволюция представлений о фазовых превращениях 

в карбидной области диаграммы………………………………………………………145

4.4 О нестехиометричности кристаллов……………………………………………………148
4.5 Физико-химическая идентификация карбидных фаз………………………………….150
Выводы к главе 4……………………………………………………………………………..160
Список литературы к главе 4……………………………………….………………………..161

ГЛАВА 5. ПЕРИТЕКТОИДНОЕ КАРБИДНОЕ  ПРЕВРАЩЕНИЕ 

НА ОСНОВЕ ɛ-КАРБИДА Fе2С………….……………………………………..164

5.1 Выделение ε-карбида Fe2C в сталях………………………………………………………164
5.2 Идентификация цементита Ɵ-Fe3C и ε-карбида Fe2C как 

твердых растворов переменного состава……………………………………………….168

5.3 Перитектоидное фазовое превращение ε-карбида на диаграмме Fе-Fе3C……………170
5.4 Металлографические исследования перитектоидного превращения карбида Fe2C…173

5.4.1 Методика проведения исследований при равновесном охлаждении сталей…..174
5.4.2 Выделение ε-карбида Fe2C в перлите стали 45…………………………………..174
5.4.3 Выделение ε-карбида Fe2C в перлите стали 40Х…………………………………176
5.4.4 Выделение ε-карбида Fe2C в перлите стали 35ХГСА……………………………178
5.4.5 Выделение третичного цементита в феррите стали 45…………………………..180
5.4.6 Распад пластинчатого перлита стали 20 по реакции перитектоидного 

превращения при длительном изотермическом отжиге………………………….181

5.4.7 Первичная структура ледебурита в литом и отожжённом 

эвтектическом белом чугуне……………………………………………………….183

5.4.8 Металлографические исследования высокого разрешения структуры 

ледебурита в эвтектическом белом чугуне ……………………………………….189
5.4.8.1 Структуры и фазы ледебурита эвтектического 

белого чугуна в литом состоянии…………………………………………..189

5.4.8.2 Химический анализ структуры ледебурита эвтектического 

белого чугуна в литом состоянии…………………………………………..211

5.4.8.3 Анализ экспериментальных данных эвтектического 

белого чугуна в литом состоянии…………………………………………..220

5.4.8.4 Монокарбид FeC как основа поликарбидной квазиэвтектики…………..228
5.4.8.5 Структуры и фазы ледебурита эвтектического белого чугуна после 

изотермического отжига……………………………………………………..236

Выводы к главе 5…………………………………………………………………………………282
Список литературы к главе 5……………………………………………………………………284

ГЛАВА 6. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В КАРБИДНОЙ ОБЛАСТИ И НОВЫЙ 

ТИП ДИАГРАММЫ СИСТЕМЫ СПЛАВОВ Fе-КАРБИД ε-Fе2C………..……289

6.1 Проблемы высокоуглеродистой области диаграммы Fe-C……………………………….289
6.2 Вариант диаграммы Fe-карбид ε-Fe2C с эвтектическими превращениями в 

«зацементитной» области…………………………………………………………………..294

6.3 Вариант диаграммы Fe-карбид ε-Fe2C с перитектическими превращениями в 

«зацементитной» бласти…………….………………………………………………………297

Выводы к главе 6…………………………………………………………………………………300
Список литературы к главе 6…………………………………………………………………….301

ГЛАВА 7. ПОЛНАЯ ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ Fе-100%C………………...303
7.1 Фазовые процессы  диаграммы Fe-100%C………………………………………………….303
7.2 Область фазовых превращений «жидкость-пар»…………………………………………..308
7.3 Интеркалированный графит…………………………………………………………………308
7.4 Вариант диаграммы Fe-100%C с включением монокарбида FeC………………………...310
7.5 Перспективы получения новых классов сплавов……………………………………...…...312
Выводы к главе 7……………………………………………...………………………………….314
Список литературы к главе 7…………………………………………………………………….315

ГЛАВА 8. ПОЛИМОРФНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ЖЕЛЕЗА КАК ФАЗОВОЕ 

ПРЕВРАЩЕНИЕ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ 
ТВЕРДОТЕЛЬНОЙ ОБЪЕМНОЙ ФОТОННОЙ ИОНИЗАЦИИ………………...319

8.1 Противоречия мартенситного и полиморфного превращений ……………………………320

8.1.1 Полиморфизм железа……………………………………………………………..……320
8.1.2 Становление и развитие учения о полиморфизме железа…………………………...323
8.1.3 Современный уровень исследований полиморфизма железа……………………….325
8.1.4 Мартенситное превращение в стали как аналог равновесного 

полиморфного превращения железа………………………………………………..…329

Выводы  к подразделу 8.1…………………………………………………………………….332

8.2 Парадоксы  моделей  металлической связи…………………………………………………..333

8.2.1 Модели металлической связи……………………………………………………..……333
8.2.2 Электронный газ. Теория Друде-Лоренца. Развитие смыслов……………………….337
8.2.3 Феномен ртути…………………………………………..………………………………341
8.2.4 Теория валентных оболочек В.К.Григоровича………………………………………343
8.2.5 Электростатическая природа металлической связи по Ганкину В.Ю. …………….344
8.2.6 Модели металлической связи и полиморфизм железа ……………………………….347
8.2.7 Структурная систематика механизмов полиморфного превращения……………….349
Выводы к подразделу 8.2………………………………………..……………………………352

8.3 Полиморфная трансформация железа как фазовое превращение на основе 

высокотемпературной твердотельной объемной фотонной ионизации…………………..352
8.3.1 Гипотеза о структуре металлической связи в железе……………………………….354
8.3.2 Металлическая связь в железе……………………………………………………..…360
8.3.3 Экспериментальные доказательства твердофазной 

фотонной ионизации железа …………………………………………………………363

8.3.4 Полиморфизм железа как фазовое превращение на основе 

твердотельной объемной фотонной ионизации …………………………………….370

Выводы к подразделу 8.3……………………………………………………………………375

8.4 Калориметрические исследования полиморфного превращения железа………………....376

8.4.1 Современный уровень исследований полиморфизма железа……………………….377
8.4.2 Методика исследований………………………………………………………………..382
8.4.3 Экспериментальные результаты и их обсуждение…………………………………..384

Выводы к подразделу 8.4…………………………………………………………………………402
Список литературы к главе 8……………………………………………………………………..403

ГЛАВА 9. СТРОЕНИЕ РАСПЛАВА ЧУГУНА И УСЛОВИЯ ЕГО 

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ…………………………………...411

9.1 Кластерная структура расплавов……………………………………………………………..411

9.1.1 Развитие представлений о структуре жидких металлов……………………………..411
9.1.2 Фрактальные кластеры и физика открытых систем…………………………………..413
9.1.3 Свойства фрактального кластера………………………………………………………414

9.2 О строении жидкого чугуна…………………………………………………………………...417
9.3 Фуллерены – основа структурирования жидкого чугуна……………………………...……419

9.3.1 Развитие науки о фуллеренах…………………………………………………………..419
9.3.2 Роль фуллеренов в железоуглеродистых расплавах………………………………….420

9.3.2.1 Структура малых кластеров углерода…………………………………………420
9.3.2.2 Фуллерены……………………………..………………………………………..423
9.3.2.3 Фрактальные структуры углерода……………………………………………..429

9.3.3 Развитие теории субмикрогетерогенного строения жидкого чугуна………………..431
9.3.4 Химия фуллеренов и оценка влияния поверхностно-активных элементов…………434
9.3.5 Фуллерены и теории строения жидкого чугуна………………………………………436
9.3.6 Компенсирующие процессы в Fe-C-расплаве при нарушении 

состояния равновесия по давлению пара углерода…………………………………..438
9.3.6.1 Поведение в расплаве чугуна фазы углеродистых наночастиц ……………..439
9.3.6.2 Уровень давления и температур существования 

углеродных   наночастиц на основе фуллеренов………………………..……442

9.3.6.3 О стабилизации цементита в Fe-C-расплавах

под влиянием внешнего давления …………………………………………….446

9.3.7 Форма углерода в расплаве чугуна ……………………………………………………447

9.3.7.1 Неравновесный фазовый переход и влияние флуктуаций на 

формирование диссипативных структур в жидком чугуне………………….447

9.3.7.2 Расчет действительных размеров углеродных наночастиц 

в расплаве чугуна ……………………………………………………………….450

9.3.7.3 Форма углерода в расплаве чугуна и давление пара углерода……………...456

9.3.8 Кристаллизация железоуглеродистых сплавов высокотемпературной плавки…….460

Выводы к главе 9…………………………………………...………………………………………469
Список литературы к главе 9……………………...………………………………………………471
Тематический список научных работ автора……………………………………………………475
ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ (ПРИЛОЖЕНИЕ)………………………..……………….477
ВВЕДЕНИЕ

Наша цивилизация, и это не будет преувеличением,  базируется на применении в 

различных машинах, механизмах и конструкциях подавляющего объема сплавов на основе 
сплавов железа - чугуна и стали. Выпуск стали в мире, по оценке World Steel Association 
(WSA), для 64 ведущих стран-производителей за 2022 год составил 140,7 млн. тонн товарной 
стали и 1 878,5 млн. тонн нерафинированной стали. Производство чугуна за 2022 год составило: 
1,39 млрд. т, из которых 1,28 млрд. т получено доменным способом и 110,5 млн. т – методом 
прямого 
восстановления 
железа.
Для 
сравнения, 
по 
данным 
Международной 

исследовательской группы по меди (ICSG), производство рафинированной меди, лидера 
среди цветных металлов,  на мировом рынке в 2022 г. составило 25,672 млн. тонн. Сталь и 
чугун – это скелет нашей цивилизации и одним из приоритетных направлений в области 
теории сплавов является изучение, совершенствование и развитие стали и чугуна как 
базовых сплавов, как основных сплавов системы Fe-C, и, следовательно,  описание 
диаграммы Fe-100%C, как в теоретическом, так и в экспериментальном аспекте не теряет 
своей актуальности и сегодня. Знание и управление фазовыми превращениями в 
соответствии с диаграммой состояния сплавов системы Fe-100%C является теоретической, 
технологической и физико-химической основой металлургии, металловедения и термической 
обработки стали и чугунов. Важнейшим направлением является изучение жидкого состояния 
системы Fe-100%C.

В настоящее время  существуют значительные «белые» области, где структура 

фазовой диаграммы Fe-100%C окончательно не установлена - в диапазонах температур, и 
составов, не связанных непосредственно с производством железа и стали, в частности, в 
области фазовых равновесий жидкость-пар.. Прежде всего, это относится к карбидной 
области диаграммы, лежащей правее линии цементита, которая в настоящее время 
обсуждается только в теоретическом плане.  К другим проблемам диаграммы Fe-100%C
следует отнести: отсутствие полной физико-химической идентификации ключевых 
карбидных фаз, таких как цементит Ɵ-Fe3C, карбид Хегга  χ-Fe5C2, карбид Экстрема-Адкокка 
æ-Fe7C3, ε-карбид Fe2C и монокарбид FeC;  отсутствие областей фазовых превращений с их 
участием в структуре существующих вариантов диаграмм состояния сплавов Fe-100%C; 
гипотетические предположения о фазовом строении карбидной области диаграммы (правее 
линии цементита); неясность о физической природе и области гомогенности цементита.
Установлено, что карбиды являются нестехиометрическими соединениями,  т.е. фазами 
переменного состава, содержащие стехиометрический состав или твердыми растворами 
внедрения второго рода на основе дальтонидов и бертоллидов. 

К другим проблемам диаграммы Fe-100%C следует отнести отсутствие внятного 

механизма полиморфного превращения. В настоящее время многие исследователи считают, 
что, во-первых, полиморфное превращение α-Feγ-Fe менее изучено, чем аналогичные 
превращения в других системах, т.е., косвенно утверждается, что прямых исследований 
полиморфизма чистого железа вообще не проводилось. Во-вторых, механизм мартенситного 
превращения в стали, который в настоящее время достаточно хорошо исследован, 
произвольно перенесен на α-Feγ-Fe
полиморфное превращение чистого железа. 

Фактически признается, что механизм превращения переохлажденного аустенита в 
мартенсит и полиморфное превращение чистого железа суть тождественны, что 
недопустимо. 
Предложен уточненный вариант диаграмме Fe-100%C  со следующими 

фазовыми превращениями: кристаллизация цементита Ɵ-Fe3C, ε-карбида Fe2C, карбида 
Хегга  χ-Fe5C2, карбида Экстрема-Адкокка æ-Fe7C3 и монокарбида FeС
описывается в 

рамках фазового превращения по реакции нонвариантного трехфазного перитектического 
равновесия. Введено низкотемпературное карбидное превращение перитектоидного типа, 
при котором твердые растворы феррита и цементита образуют твердый раствор широкой 
области гомогенности на основе бертоллида ε-карбида Fe2C. 
ГЛАВА 1

ЭВОЛЮЦИЯ ДИАГРАММЫ Fе-Fе3C

Рассмотрены основные этапы эволюции диаграммы Fe-Fe3C. В настоящее время  
существуют значительные «белые» области, где структура фазовой диаграммы Fe-Fe3C
окончательно не установлена - в диапазонах температурb составов, не связанных 
непосредственно с производством железа и стали. Прежде всего, это относится к 
карбидной области диаграммы, лежащей правее линии цементита, которая в настоящее 
время обсуждается только в теоретическом плане. Рассмотрены основные проблемы 
диаграммы, к которым следует отнести: отсутствие полной физико-химической 
идентификации ключевых карбидных фаз, таких как цементит Ɵ-Fe3C, карбид Хегга  χ-
Fe5C2, карбид Экстрема-Адкокка æ-Fe7C3 и ε-карбид Fe2C;  отсутствие областей фазовых 
превращений с их участием в структуре существующих вариантов диаграмм состояния 
сплавов Fe-Fe3C; гипотетические предположения о фазовом строении карбидной области 
диаграммы (правее линии цементита); неясность о физической природе и области 
гомогенности цементита.
Выполнен анализ вариантов диаграммы «железо-алмаз». 

Показано, что прямое превращение карбидов железа в алмаз под давлением невозможно. 
Трансформация цементита в алмаз возможна только в окислительно-восстановительных 
реакциях на основе оксида железа, т.е. через окисление цементита под высокими 
давлениями и температурой. Исследованы фазовые превращения карбидов железа и 
фазовая диаграмма Fe-Fe3C в условиях температур и давлений ядра Земли. Рассмотрены 
существующие варианты диаграмм состояния сплавов системы Fe-Fe3C при сверхвысоких 
давлениях и выполнен анализ процессов структурообразования высокоуглеродистых сплавов 
закаленных под высоким давлением с различных температур.
Установлено, что 

термодинамические свойства и кристаллические структуры карбидов железа практически 
не зависят от уровна внешнего давления. Проанализированы ревизионистские варианты 
диаграмм Fe-Fe3C и показана их несостоятельность и псевдонаучность.

1.1 Диаграмма фазового равновесия в системе сплавов Fe -Fe3C

Несмотря на тщательное и всестороннее исследование диаграммы состояния сплавов 

на основе системы «железо-цементит» (Fe-Fe3C), некоторые аспекты ее строения изучены 
недостаточно полно или не были приняты во внимание из-за их незначительности в плане 
практического  применения и учета в конкретных сплавах и технологических процессах. В 
настоящее время существуют значительные «белые» области, где структура фазовой 
диаграммы Fe-Fe3C окончательно не установлена - в диапазонах температур и составов, не 
связанных непосредственно с производством железа и стали.

Основоположником современной диаграммы состояния сплавов системы Fe-Fe3C

является великий русский металлург и металловед Д.К.Чернов. На рисунке 1.1 показан 
усовершенствованный вариант расположения точек фазовых превращений (точек Чернова), 
выполненный Д.К. Черновым [1], ставших основой разработки диаграммы Fe-Fe3C.

Из справочника О.А.Банных [2] на рисунке 1.2 показан вариант классической 

диаграммы  Fe-Fe3C, который традиционно (по умолчанию) используется в современной 
отечественной научной и учебной литературе.
Рисунок 1.1 Усовершенствованная схема Д. К. Чернова, представляющая положение точек 
а, b и с на оси температур (впервые открыты в 1868 г.), которые стали началом разработки 

диаграммы Fe-Fe3C (1); диаграмма Fe-Fe3C по Чернову (2): [1, рисунок 5, стр.799]

На данной диаграмме и на всех последующих по тексту  указаны линии фазовых 

равновесий: стабильного (Fe-графит; пунктирные линии) и метастабильного (Fe-Fe3C; 
сплошные линии). 
Авторы справочника приводят следующие комментарии к данной 

диаграмме (рисунок 1.2):
1. По расчетным данным виртуальная температура плавления цементита оценивается 

равной 1200…14500С.

2. Возможно, цементит испытывает инконгруентное разложение при 1250…13000С.
3. Цементит имеет узкую область гомогенности, изображаемую обычно вертикалью.
4. Высшие карбиды Fe5C2, Fe7C3 и Fe2C весьма неустойчивы и при построении диаграммы 

состояния при нормальных условиях не учитываются.

Рисунок 1.2 Диаграмма состояния сплавов в системе Fe-Fe3C из справочника О.А.Банных

[2, рис.70, стр.96]
В отечественной учебной литературе, например, в базовом учебнике СССР Лахтина 

Ю.М. [3], используется диаграмма Fe-Fe3C как на рисунке 1.3. На рисунке 1.4 дана 
диаграмма 
Fe-Fe3C
из 
современного 
6-ти 
томного 
учебника 
по 
физическому 

материаловедению, изданному в МИФИ под редакцией Калина Б.А [4].

Рисунок 1.3 Диаграмма состояния сплавов в системе Fe-Fe3C из учебника Лахтина Ю.М. 

[3, рисунок 187, стр.140]

Рисунок 1.4 Диаграмма состояния сплавов в системе Fe-Fe3C из учебника МИФИ

[4, рисунок 6.42, стр. 292]
В зарубежных источниках широко используется несколько вариантов диаграммы 

состояния сплавов системы Fe-Fe3C
которые практически ничем не отличаются от 

диаграмм, используемых в отечественной учебной литературе. На рисунке 1.5-рисунке 1.7
показаны основные варианты используемых диаграмм в зарубежном образовании. 
Отличительной особенностью диаграммы на рисунке 1.5 является, как и на рис.1.4,
отсутствие 
линий 
фазовых 
превращений 
правее 
предполагаемой 
точки 
начала 

кристаллизации цементита из расплава («CM begins to solidify», рисунок 1.5) и эта точка 
соответствует содержанию в сплаве около 5,0%С. На рисунке 1.6 показан вариант 
диаграммы Fe-Fe3C по всей температурной шкале от 00С до 1600 0С с наложением графитной 
и цементитной диаграмм одна на другую. На рисунке 1.7 показана типовая зарубежная 
учебная диаграммы состояния сплавов системы Fe-Fe3C.

Рисунок 1.5 Диаграмма состояния сплавов в системе Fe-Fe3C по зарубежным интернет-

источникам (образовательный веб-сайт  «Free diagram for student»

https://diagramresource.blogspot.com/2017/02/fe-fe3c-phase-diagram.html)
Рисунок 1.6 Совмещенная диаграмма состояния сплавов системы Fe-Fe3C по зарубежным 

интернет-ресурсам

(веб-сайт https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn100.html)
Доступ онлайн
от 700 ₽
В корзину