Растворы марганца, никеля, хрома, кобальта и молибдена в жидком железе
Роль свободной поверхностной энергии в термодинамических процессахСвойства и размеры атомов марганца и железа почти идентичны:
Железо |0,128 |0,082
Марганец| 0,131| 0,091
Близки типы решеток и их параметры (у y-Fe), а также атомные массы обоих элементов (56 и 55). По этой причине растворимость марганца в жидком и y-железе неограниченна (растворы заме-щения). Связь Mn и Fe типично металлическая. Раствор близок к идеальному, и растворение Mn не сопровождается тепловым эффектом.
Для растворов различных элементов в железе удобно считать стандартным состоянием 1%-й раствор (по массе).
Для идеального раствора элемента с атомной массой “M” при очень низком процентном содержании “C” отношение активности в атомных долях к процентному содержанию составляет
, (3.8)
где 55,85 — атомная масса железа.
При образовании 1%-го идеального раствора элемента “X” в железе ax~0,5585/M, ат. долей.
При растворении чистого жидкого элемента в железе с образованием 1%-го идеального раствора Xж=[X]1% изменение изобарно-изотермического потенциала (свободной энергии Гиббса)
. (3.9)
При образовании из чистых марганца и железа 1%-го раствора Mn
=2,303*8,313T
=-38,13T, Дж/г-атом. Здесь
=0,
=+38,13 Дж/(г-атом); y[Mn]=1.
Никель (M=58,69) и кобальт (M=58,94) образует с железом расплавы, аналогичные по природе расплавам Fe-Mn. Для никеля
=-38,54T Дж/г-атом для кобальта
=-38,75Т, Дж/г-атом.
Для металлов, имеющих более высокую температуру плавления, чем железо, изменение изобарно-изотермического потенциала обусловлено не только растворением, но и переходом растворяемого металла в жидкое состояние:
(3.10)
где Тпл -температура плавления растворяемого металла.
С учетом поправки при образовании 1%-го раствора элемента в железе
(3.11)
При образовании 1%-го раствора хрома в железе
, Дж/г-атом.
При образовании 1%-го раствора молибдена в железе
, Дж/г-атом.
Все перечисленные элементы образуют растворы в железе, близкие к идеальным.
