Структура и свойства легированного феррита и аустенита. - Характеристика и структурные методы исследования металлов

Основой большинства современных легированных сталей является феррит, легированный одним или несколькими элементами. Легирование феррита сопровождается его упрочнением.

Наиболее сильно повышает ут марганец и кремний а хром, находящийся в твердом растворе, по данным разных авторов, снижает или несколько повышает прочность феррита. Чем мельче зерно феррита, тем выше его прочность (см. рис. 80, а). Все легирующие элементы, за исключением никеля, при содержании их в растворе выше определенного предела снижают ударную вязкость KCU, трещиностойкость К1с и повышают порог хладноломкости t50. Содержание легирующих элементов, выше которого ударная вязкость KCU снижается, а порог хладноломкости повышается, для ванадия и хрома ~1 %, для кремния ~0,8 %, для марганца ~1,5 %. Никель при увеличении его концентрации в твердом растворе понижает порог хладноломкости t50.

При высоком содержании в стали Ni или Мn аустенит может существовать при низких температурах (см. рис. 91, а). Он является основной составляющей (матрицей) многих коррозионностойких жаропрочных и немагнитных сталей. Аустенит наиболее сильно упрочняет углерод, растворимость которого в нем достигает при нормальной температуре 1 %, и азот. Легирующие элементы, растворяясь в г-железе, повышают прочность аустенита при нормальной и высоких температурах. Для легированного аустенита характерны низкий предел текучести при сравнительно высоком пределе прочности. Аустенит легко наклепывается, т. е. быстро и сильно упрочняется под действием холодной деформации. Аустенит парамагнитен, обладает большим коэффициентом теплового расширения.

Карбидная фаза в легированных сталях. По отношению к углероду легирующие элементы подразделяют на две группы:

    1) графитизирующие элементы: Si, Ni, Сu, Аl (находятся в твердом растворе); 2) карбидообразующие элементы: Fe->Мп -> Сr-> Mo -> W ->

Nb-> V -> Zr -> Ti (расположены по возрастающей степени сродства к углероду и устойчивости карбидных фаз).

При малом содержании в стали таких карбидообразующих элементов, как Мп, Cr, Мо и W, последние растворяются в цементите, замещая в нем атомы железа. Состав цементита в этом случае может быть выражен формулой (Fe, М)3С, где М -- легирующий элемент. Так, при растворении марганца в цементите образуются карбид (Fe, Мn)3С, при растворении хрома -- карбид (Fe, Сг)3С.

Марганец может заместить в решетке цементита все атомы железа (Fe3C->Mn3C), хром -- до 25 ат. %, молибден -- до 3 ат. % и вольфрам лишь до 0,8--1,0 ат. %. Более сильные карбидообразующие элементы (Ti, V, Nb, Zr) практически не растворяются в цементите и образуют самостоятельные специальные карбиды.

При повышенном содержании хрома, вольфрама, молибдена в зависимости от содержания углерода в стали могут образовываться специальные карбиды. Так, например, карбид Сr7С3 при температуре 20 °С растворяет до 55 % Fe, образуя сложный карбид (CrFe)7C3, а карбид Сг23С6 -- до 35 % Fe, образуя карбид (Сг, Fe)23C6.

Приняты следующие обозначения карбидов: М3С (карбиды цементитного типа), М7С3 и М23С6 (карбиды, имеющие кристаллическую решетку карбидов хрома), М6С и М4С (карбиды с решеткой, в которой атомы металла расположены по типу карбидов вольфрама или молибдена), и, наконец, МС (карбиды по типу кубической гранецентрированной решетки). Под символом М подразумевается сумма металлических элементов, входящих в состав карбида.

Карбиды, образующиеся в легированных сталях, можно разделить на две группы. К первой группе относятся карбиды типа М3С, М7С3, М23С6 и М6С(М4С), имеющие сложные кристаллические решетки. Карбиды этой группы сравнительно легко растворяются в аустените при нагреве.

Ко второй группе относятся карбиды типа МС: VC, TiC, NbC, ZrC, WC, TaC и Мо2С и W2C. Эти карбиды относятся к фазам внедрения. В отличие от карбидов первой группы фазы внедрения в реальных условиях нагрева стали почти не растворяются в аустените.

Интерметаллические соединения. При высоком содержании легирующие элементы образуют с железом или друг с другом интерметаллические соединения. Примером таких соединений могут служить Fe7Mo6, Fe7W6, Fe3Nb2, Fe3Ti и др. В сплавах Fe--Сг и Fe--V образуются твердая и хрупкая о-фазы, отвечающие соединению FeCr (см. рис. 92, б), FeV. В сплавах Fe--Сг--Мо, Fe--Сг--Ni--Мо может образовываться хрупкая л-фаза состава Fe3CrMo и др.

Похожие статьи




Структура и свойства легированного феррита и аустенита. - Характеристика и структурные методы исследования металлов

Предыдущая | Следующая