Взаимодействие легирующих элементов с углеродом и железом

Структура высоколегированных сталей зависит от типа легирующих элементов, их количественного соотношения между собой и содержания углерода в стали.

Легирующие элементы по взаимодействию с углеродом разделяются на некарбидообразующие Ni, Со, Si, В, Al и другие, карбидообразующие Mn, Cr, Mo, W, V, Nb, Zr, Ti (элементы перечислены в порядке возрастания их карбидообразующей способности). Карбидообразующие элементы могут растворяться в цементите или образовывать собственные более стойкие и твердые карбиды, чем цементит.

Рассмотрим характер взаимодействия легирующих элементов с железом. Существуют два взаимно различных типа такого взаимодействия.

Равновесные температуры A₃ и A₄ для чистого железа равны соответственно 911 °С и 1392 °С. В интервале указанных температур устойчивая модификация Fe_γ с ГЦК решеткой. Никель, марганец, кобальт и другие понижают температуру A₃ и повышают температуру A₄. В сплавах железа с этими элементами γ - область "открывается", т.е. в определенном интервале температур существует неограниченная растворимость компонентов в твердом состоянии - твердые растворы с ГЦК решеткой. При этом температура A₃ при определенной концентрации добавки понижается ниже нуля.

В сплавах с концентрацией добавки, равной или превышающей концентрацию, соответствующую точке М, ГЦК решетка устойчива при температуре 20-25 °С (рисунок 5а). Такие сплавы называют аустенитными сталями. Таким образом, аустенитом называют не только твердый раствор углерода в Fe_γ, но и любые твердые растворы на основе Fe_γ.

Рисунок 5 - Схемы диаграмм "железо - легирующий элемент"

Если сталь легировать элементами, расширяющими область существования аустенита (аустенизаторами), Ni, Mn, Со др., то при определенном их содержании можно получить аустенитную структуру для всех температур твердого состояния выше 20 ºС.

Cr, Мо, W, V, Ti, Si и другие элементы повышают температуру A₃ и понижают температуру A₄. В этом случае температурный интервал устойчивости аустенита уменьшается и соответственно расширяется температурный интервал устойчивости Fe_α. Все перечисленные элементы образуют с железом диаграмму с "замкнутой" γ - областью (рисунок 10.1 б).

Концентрация, соответствующая точке N, для большинства элементов невелика (до 1,5 %), лишь для хрома аустенитная область простирается до 12 %. Из перечисленных элементов, дающих "замкнутую" область, только Cr и V не образуют с железом промежуточных фаз. Наблюдается неограниченная растворимость хрома и ванадия в железе с ОЦК решеткой.

Остальные легирующие элементы, замыкающие область, образуют с железом промежуточные фазы; поэтому при определенных концентрациях добавки на диаграммах появляется линия, ограничивающая растворимость, правее которой расположены двухфазные области.

Однофазные сплавы с ОЦК решеткой, устойчивой при всех температурах, вплоть до солидуса, называют ферритными сталями. Таким образом, ферритом называют не только твердый раствор углерода в Feα, но и любые твердые растворы на основе Feα, При достаточно большом легировании малоуглеродистой стали хромом, молибденом, вольфрамом, ванадием и другими (ферризаторами), она во всем диапазоне температур твердого состояния будет иметь структуру феррита и относится к ферритному классу.

Высоколегированные стали одними только аустенизаторами обычно не легируют. Как правило, в них содержится то или иное количество компонентов ферризаторов, прежде всего хрома. При определенном их сочетании сталь будет аустенитно-ферритного класса, аустенитно-мартенситного и мартенситно-ферритного классов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: