2.3. Влияние легирующих элементов на феррит

Растворение легирующих элементов в α-железе происходит путем замещения атомов железа атомами этих элементов. Атомы легирующих элементов, отличаясь от атомов железа размерами и строением, создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода. Изменение размеров α-решетки вызывает и изменение свойств феррита.

На рис.2.2 показаны изменения механических свойств феррита (твердость, ударная вязкость) при растворении в нем различных элементов.

а	б

Рис. 2.2. Влияние легирующих элементов на свойства феррита: а - твердость;

б - ударная вязкость

Как видно из диаграмм, хром, молибден, вольфрам (более 1 %) упрочняют феррит меньше, чем никель, кремний и марганец. Молибден вольфрам, марганец и кремний снижают вязкость феррита. Хром уменьшает вязкость значительно слабее перечисленных элементов, а никель не снижает вязкости феррита.

Важное значение имеет влияние элементов на порог хладноломкости, что характеризует склонность стали к хрупкому разрушению. Наличие хрома в железе способствует некоторому повышению порога хладноломкости, тогда как никель интенсивно снижает порог хладноломкости, уменьшая тем самым склонность железа к хрупким разрушениям. Таким образом, из перечисленных элементов наиболее ценным является никель, интенсивно упрочняющий феррит, не снижающий его вязкости и понижающий порог хладоломкости.

2.4. Карбидная фаза в легированных сталях

В сталях карбиды образуются только металлами, расположенными в периодической системе элементов левее железа. Эти металлы имеют менее достроенную d-электронную полосу. Чем левее расположен в периодической системе карбидообразующий элемент, тем менее достроена его d-полоса. Вместе с тем, многочисленные опыты показывают, что, чем левее в периодической системе расположен элемент, тем более устойчив карбид.

В процессе карбидообразования углерод отдает свои валентные электроны на заполнение d-электронной полосы атома металла. Только металлы с d-электронной полосой, заполненной меньше, чем у железа, являются карбидообразующими; активность их как карбидообразователей тем сильнее и устойчивость образующихся карбидных фаз тем больше, чем менее достроена d-полоса у металлического атома. В сталях встречаются карбиды шести видов:

M3C		карбиды I группы	MC		Карбиды II группы
M23C6
M7C3			M2C
M6C

где под М подразумевается сумма карбидообразующих элементов.

Карбиды, образуемые Cr и Mn, отнесенные в I группу, имеют сложную кристаллическую структуру и легко растворяются в аустените. Особенность строения карбидов II группы, образуемых тугоплавкими металлами W, Mo, Ta, Ti, Nb, Zr, заключается в том, что они имеют простую кристаллическую решетку и кристаллизуются обычно со значительным дефицитом по углероду. Карбиды II группы трудно растворимы в аустените. Это значит, что при нагреве (даже очень высоком) они могут не перейти в твердый раствор. Карбиды I группы легко растворяются в аустените.

Все карбидные фазы обладают высокой температурой плавления и высокой твердостью. Карбиды II группы в этом отношении превосходят карбиды I группы.

Порядок растворения карбидов в аустените определяется их относительной устойчивостью, а степень перехода в раствор – их количеством.