Вплив легувальних елементів на поліморфні перетворення заліза

Леговані сталі

Леговані сталі — це сплави на основі заліза та вуглецю, у складі яких є легувальні елементи.

Легувальними називаються хімічні елементи, які спеціаль­но вводять у сталь, щоб змінити її структуру та властивості. Найчастіше використовують такі легувальні елементи, як Сг, Ni, Мо, W, Со, Сu, Ті, Zr, Nb, Аl, а також Мn і Si, якщо масові частки двох останніх перевищують відповідно 0,8 і 0,5 %. Легувальні елементи дорожчі від заліза, тому вар­тість легованих сталей вища, нерідко значно вища за вар­тість вуглецевих сталей.

Поєднуючи легування з термічною обробкою, можна отри­мати бажану структуру, отже й механічні, технологічні, фізич­ні або хімічні властивості. Зазвичай, застосування легованих сталей без термообробки економічно не виправдане.

До структури легованих сталей входять фази, що утвори­лись внаслідок взаємодії легувальних елементів із залізом і вуг­лецем. Легувальні елементи можуть перебувати в твердих роз­чинах фериту або аустеніту, у вигляді карбідів або у вигляді інших фаз.

Легувальні елементи утворюють із залізом тверді розчини заміщення, впливаючи на критичні температури А₃ і А₄, що обмежують області існування гомогенних твердих розчинів α- і γ-заліза діаграми залізо-легувальний елемент (рисунок 7). Та­ким чином, залежно від впливу на поліморфні перетворення α- чи γ-твердого розчину легувальні елементи поділяють на дві групи.

Рисунок 6 - Схема діаграм стану залізо-легувальний елемент В, (а) і В_п (б)

Елементи першої групи В 1, — Ni, Мn і Со (γ-стабілізатори) підвищують критичну температуру А₄ і знижують критичну температуру А₃. У результаті область γ-заліза розширюється, а α-заліза - звужується (рисунок 6а). На поданій вище схема­тичній діаграмі залізо-легувальний елемент В₁ бачимо, що, по­чинаючи з деякої концентрації а легувального елемента, маємо γ-твердий розчин у проміжку температур від кімнатної до лінії солідус. Сплави з концентрацією легувального елемента, що перевищує а, називають аустенітними. Вони не зазнають фа­зових перетворень α↔γ під час нагрівання і охолодження.

Друга група елементів В₁₁ — Аl, Sі, V, С_r, Мо, W, Ті, Ве та ін. (α-стабілізатори) знижує критичну температуру А₄ й підви­щує критичну температуру А₃, звужуючи область γ-твердого роз­чину (рисунок 6б) і розширюючи область α-твердого розчину у правій частині діаграми. Сплави на основі заліза, які, почи­наючи з концентрації b легувального елемента, мають в усьому діапазоні температур тільки α-твердий розчин, називаються феритними. Розчиняючись в α-залізі, атоми легувальних еле­ментів збільшують або зменшують параметр його кристалічної комірки залежно від співвідношення атомних радіусів заліза й елемента В₁₁.

Спотворення кристалічної ґратки підвищує твердість фери­ту (рисунок 7), знижуючи пластичність. Найбільше зміцню­ють ферит Мn, Sі та Nі, найменше — Сг іW. Елементи, розчи­нені в γ-залізі, збільшують його міцність і при кімнатній, і при високих температурах.

Легувальні елементи зсувають вліво положення критичних точок S (0,8 % С) і Е (2,14 % С) діаграми залізо-вуглець (рисунок 8).

Рисунок 7 - Вплив легувальних Рисунок 8 - Вплив легувальних елементів В на твердість елементів В на положення точок фериту S і Е

Дата добавления: 2014-01-07