Урок 11. ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТАЛИ

Вопросы для повторения:

1 Механизм перлитного превращения?

2.В каком температурном интервале происходит перлитное превращение?

Влияние легирующих элементов на аллотропические превращения.

Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях о целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами.

В промышленных легированных отелях легирующие элементы могут находиться:

- в свободном состоянии (медь и свинец не растворяются в стали и находятся в свободном состоянии в виде металлических включений);

- в виде интерметаллических соединений с железом или между собой (интерметаллические соединения образуют большинство легирующих элементов при определенных концентрациях, поэтому чаше всего они встречаются в высоколегированных сталях);

- в виде оксидов и сульфидов (оксиды образуют все элементы, вводимые в сталь для раскисления, а сульфиды - элементы, обладающие большим сродством с серой, чем железо);

- в виде карбидов (растворяться в цементите или образовывать самостоятельные карбиды могут многие элементы, обладающие средством о углеродом);

- в виде раствора в железе (элементы, расположенные в периодической системе левее железа, могут и растворяться и образовывать карбиды, а элементы, расположенные правее железа, образуют с ним только твердые растворы).

Все элементы, которые растворяются в железа, влияют на температурнный интервал существования его аллотропических модификаций, т.е. сдвигают точки А₃ и А₄.

Марганец, никель и другие элементы расширяет температурный интервал γ-области, т.е. повышают точку А₄ и понижают точку А₃. Сплавы, находящиеся в γ-области, называются аустенитными.

Вольфрам, молибден, хром и другие элементы сужают температурный интервал γ-области и расширяют α-область, т.е. они понижают температуру А₄ и повышают А₃. Сплавы, находящиеся в α-области, называются ферритными.

Растворяясь в феррите, легирующие элементы замещают атомы железа в его решетке. Атомы легирующих элементов отличаются своими размерами от атомов железа, а поэтому создают в решетке феррита напряжения, изменяя ее размеры. Изменение размеров решетки феррита вызывает изменение его свойств. Все легирующие элементы повышают твердость и предел прочности Феррита.

Приведенные данные показывают, что феррит упрочняется тем сильнее, чем больше растворено в нем легирующих элементов, т.е. чем сильнее искажается его решетка. Однако, повышая твердость и прочность феррита, легирующие элементы (за исключением никеля) снижают его пластичность и ударную вязкость.

На общее повышение прочности стали большое влияние оказывает равномерность растворения легирующих элементов по объему зерен. Поверхностно-активные легирующие элементы (так называемые горофильные), которые концентрируются главным образом по границам зерен, оказывают очень сильное влияние на величину зерна, на прокаливаемость и другие свойства стали при введении в сталь даже в очень малых количествах (например, бор в количестве нескольких тысячных долей процента). Элементы, растворяющиеся равномерно по всему зерну или главным образом в объеме самого зерна (так называемые, горофобные), влияют на упрочнение металлической основы при введении в количестве от десяти долей процента до нескольких доцентов.

По отношению к углероду легирующие элементы делятся на карбидообразующие, не карбидообразующие (графитизирующие) и нейтральные.

Группу карбидообразующих составляют такие элементы, которые имеют высокую степень химического сродства к углероду и образуют специальные карбида более прочные и более устойчивые при нагревании, чем карбид железа (цементит). Все карбидообразующие элементы по степени уменьшения способности к карбидообразованию располагаются в следующий ряд: Ti, Zr, V, W, Mo, Cr, Mn.

Карбиды, образующиеся в легированных сталях, можно разделить на две группы. К первой группе относятся сложные по составу карбиды типа MeC₃, Me₇C₃, Me₂₃C₆, Me₆C, где Me- во всех случаях сумма легирующих элементов, образующих карбид. Например, марганец в цементите имеет состав Fe₃C; при растворении марганца в цементите образуется карбид (FeMn)₃С, при растворении хрома - карбид (FeCr)₃С. Поэтому карбид сложного состава принято обозначать Me₃С.

Карбиды первой группы сравнительно легко растворяются в аустените при нагреве.

Ко второй группе относятся карбиды MeC (TiC, ZrC, VC и т.д.). Карбиды этой группы с трудом растворяются в аустените при нагреве и в большинстве своем остаются в структуре закаленной стали в виде отдельных включений.

Группу графитизирующих составляют такие элементы, которые понижают устойчивость цементита и других карбидов. По убывающей способности к графитообразованию легирующие элементы располагаются в следующий ряд: Si, Al, Cu. К нейтральным элементам относится Со.

Поиск по сайту: