Одним из перспективных способов азотирования ферросплавов является метод СВС [1]. Однако, как показали многочисленные эксперименты, не все ферросплавы можно азотировать в режиме горения. Наряду с различным сродством компонентов сплава к азоту на возможность осуществления СВ-синтеза оказывают влияние фазовые превращения (плавление, диссоциация, разупорядочение кристаллической структуры и др.) при росте температуры. Указанные факторы, учитывая многообразие и полифазность ферросплавов, а также отсутствие данных по кинетике взаимодействия для большинства из них, делает задачу разработки строгого параметра осуществимости СВС-азотирования ферросплавов на основе современных представлений теории горения практически не осуществимой. Поэтому актуальным является развитие приближенных методов оценки. С этой целью был предложен эмпирический параметр осуществимости процесса СВС, включающий следующие величины:
П = -∆Н°298(MexNy) / ∆Нm.∆ qMe /qFe ∆ ∆ Тd(MexNy) / ТL,
где -∆Н°298(MexNy) – тепловой эффект образования нитрида из элементов, кДж/моль; ∆Нm – теплота плавления ферросплава, кДж/моль; qMe – массовая доля нитридообразующего элемента в сплаве, qFe – массовая доля железа в сплаве, Тd(MexNy) – температура диссоциации нитрида элемента, К; ТL – температура полного плавления исходного ферросплава, К.
Посредством анализа и обобщения экспериментальных данных установлено, что для обычных условий азотирования (размер частиц менее 100 мкм, давление азота менее 8 МПа) критическими для осуществления СВС являются значения параметра 9-13. Для П < 9 – горение организовать не удается; при П = 13 – 20 – система горит; при П > 18- 20 – система горит, однако требуется разбавление исходного сплава инертом. При П = 9 – 13 требуются дополнительные меры для реализации процесса горения (подогрев, механическая или химическая активация, давление азота более 8 МПа).
Предложенный параметр удобен для предварительного отбора сплавов, азотирование которых возможно в режиме горения, без детального анализа условий равновесия, кинетики взаимодействия и теплофизических параметров. Накопление опытных данных по применению данного параметра позволит внести в него необходимые дополнения.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 16-03-00635 а.