Ферросилиций – сплав кремния с железом и применяется как раскислитель и легирующая добавка при выплавке стали. Поэтому с железом кремний сплавляется в любых соотношениях (рис. 2.1) и образует ряд силицидов – Fe2

Si3

,

FeSi,

FeSi2

,

Fe3

Si2

и др., из которых наиболее прочным является FeSi, его температура плавления 1410º

С и Δ

H º273

= - 80,38 кДж/моль.

Система Fe–Si. Принятая диаграмма Fe–Si представлена

Кремний относится к ферритообразующим элементам и поэтому сужает область γ–Fe. Максимальная растворимость кремния в γ–Fe составляет 1,63%Si. Двухфазная область (a

+γ

) простирается до 1,94%Si. В системе существуют три эвтектики: первая, соответствующая содержанию 20%Si и температуре плавления 1195º

С, вторая- 51%Si и 1212º

С и третья – 59%Si и 1207º

С. В системе Fe–Si существует ряд силицидов: Fe3

Si (14,28%Si), Fe2

Si (20%Si), Fe5

Si3

(23,18%Si), FeSi (33,46%Si) и FeSi2

(50,15%Si).

Устойчивы до температуры плавления силициды FeSi и FeSi2

. Моносилицид FeSi (ε-фаза) имеет область гомогенности (33,2-34,2 % Si), кристаллизуется в кубической системе (а = 0,44898 нм). На рис. 1.2 отмечена область гомогенности силицида FeSi2,3

(ξ-фаза).

Анализ частной диаграммы FeSi–Si

подтверждает, что при 1220º

С образуется высокотемпературная модификация FeSi2,3

(ξ-фаза), называемая лебоитом, которая при 940º

С эвтектоидно распадается на кремний и низкотемпературную модификацию сисилицида FeSi2

. Эта же модификация образуется при 982º

С по перитектоидной реакции:

FeSi + FeSi2,3

D FeSi2

.

В частной системе FeSi–Si имеются две эвтектики: FeSi + FeSi2,3

+ FeSi2,3

+ Si при 1206º

С и 1202º

С соответственно. Механизм образования FeSi2

(β - FeSi2

) при затвердевании эвтектики FeSi2,3

(α-Fe2

Si5

) + (ε-FeSi) зависит от температуры. Выше 865º

С β-FeSi2

образуется по перитектической реакции: α-Fe2

Si5

+ ε-FeSi " β-FeSi2

. Скорость образования β-FeSi2

снижается при повышении температуры и выше 950º

С фаза β-FeSi2

не образуется даже после выдержки 200 ч, ниже 860º

С β-FeSi2

образуется в результате диспропорционирования α-Fe2

Si5

" β-FeSi2

+ Si. При 800º

С α-Fe2

Si5

полностью переходит в β-FeSi2

через 4ч.

Кривая ликвидус сплавов системы Fe-Si имеет сложный характер и это следует учитывать при разработке технологии выплавки и разливки ферросилиция. При увеличении атомной доли кремния до 20% температура ликвидус снижается с 1539º

С для чистого железа до эвтектической 1195º

С, а затем повышается и достигает максимального значения 1410º

С для эквиатомного состава, соответствующего моносилициду FeSi. В интервале концентраций кремния частной диаграммы FeSi-FeSi2,3

температура снижается до эвтектической 1206º

С. Силицид FeSi2,3

плавится при 1220º

С. В частной системе FeSi2,3

- Si температура повышается от температуры эвтектики 1202º

С до температуры плавления чистого кремния 1415º

С.

Микроструктура ферросилиция.

Сплав марки ФС 45 промышленной выплавки после травления аншлифов (1 часть HF + 10 частей HNO3

+ 10 частей ледяной уксусной кислоты) представлен светлой эвтектической фазой, в которой сконцентрирован Al, и крупными серыми дендритами ε-фазы (FeSi), содержащий в сравнительно больших количествах Cr и Mn (в марке ФС 45 допускается 0,6% Mn и 0,5% Cr). Последние изоморфно замещают атомы железа в моносилициде [(Fe, Mn, Cr) Si].

В сплаве ФС 45 соотношение плотностей ε- и лебоитной фазы составляет 1 : 0,78. В зависимости от содержания кремния в сплаве и скорости кристаллизации слитка лебоит может обогащать верхнюю или нижнюю части слитков.