Методические указания. По влиянию легирующих элементов на диаграмму состояния железо – легирующий элемент

По влиянию легирующих элементов на диаграмму состояния железо – легирующий элемент их можно разделить на две группы, каждая из которых в свою очередь делится на две подгруппы. К первой группе относятся легирующие элементы, расширяющие γ-область. Расширение γ-области будет происходить, если легирующий элемент повышает точку А₄ и понижает точку А₃. При этом возможно существование γ-фазы во всем интервале концентрации (открытая γ-область) и ограничение области существования γ-фазы образующимися гетерогенными областями. Таким образом, легирующие элементы первой группы можно еще разделить на элементы, образующие с железом сплавы со структурой неограниченного твердого раствора – никель, марганец, кобальт, палладий, платина, и на элементы, образующие сплавы, в которых гомогенная область ограничивается гетерогенной – углерод, азот, медь, цинк.

Ко второй группе относятся элементы, сужающие γ-область. Сужение γ-области происходит в том случае, если легирующий элемент понижает точку А₄ и повышает точку А₃. В этой группе различают легирующие элементы, образующие с железом двойные системы с закрытой γ-областью и гомогенной α-областью (бериллий, алюминий, кремний, ванадий, хром, молибден, вольфрам, титан, мышьяк, олово, сурьма), и элементы, образующие с железом сплав с суженной γ-областью, ограниченной гетерогенной областью (рений).

При легировании железа несколькими элементами одновременно их влияние на получение γ- и α-фаз не суммируется.

Карбидообразующие легирующие элементы, как правило, повышают температуру диссоциации карбидов, и если они при этом также повышают температуру α → γ превращения, то влияние их на точку А₁ особенно сильно. Титан, молибден, вольфрам значительно повышают точку А₁. Некарбидообразующие элементы, растворяясь в цементите, несколько повышают точку диссоциации карбидов. При этом никель и марганец понижают температуру α → γ перехода и, следовательно, снижают А₁.Своеобразно влияние хрома на точку А₁. Хром до 12…13% сравнительно слабо повышает точку А₁, а при содержании его более 14% наблюдается резкое повышение точки А₁.

Большинство легирующих элементов понижают предел растворимости углерода в γ-железе и, следовательно, смещают точку Е на диаграмме Fe – Fe₃C в сторону меньших концентраций углерода.

Сильные карбидообразующие элементы Ti, Nb, V, образующие стойкие карбиды, уменьшают количество эвтектоида в стали и увеличивают содержание углерода в эвтектоиде, т.е. смещают точку S в сторону больших концентраций углерода.

При изучении влияния легирующих элементов на устойчивость переохлажденного аустенита необходимо обратить внимание, что повышение его устойчивости увеличивает прокаливаемость. Увеличение прокаливаемости используют в двух направлениях:

1 – применение легирования обеспечивает сквозную прокаливаемость (для стали 45 при закалке в воде критический диаметр 20 мм, а для стали 40ХНМА – 120 мм);

2 – замена углеродистой стали на легированную позволяет перейти к менее резкому охлаждению (уменьшает остаточные напряжения, коробление, исключает образование трещин, особенно в изделиях сложной конфигурации).

Легированные стали обладают более устойчивым по сравнению с углеродистыми сталями переохлажденным аустенитом (сравните изотермические кривые легированных сталей и углеродистых при легировании некарбидообразующими элементами). В перлитной области все легирующие элементы, за исключением кобальта, если они переведены в аустенит при нагреве, увеличивают устойчивость переохлажденного аустенита (особенно эффективно увеличивает инкубационный период молибден и марганец). В промежуточной (бейнитной) области наиболее эффективно увеличивает устойчивость аустенита углерод и азот. Легирующие элементы (марганец, хром, Мо,W) расширяют инкубационный период начала промежуточного превращения, но существенно в меньшей степени, чем они влияют на перлитное превращение. Легирующие элементы, понижающие температуру начала мартенситного превращения (C, Mn, Cr, Ni, Mo и др.), увеличивают количество остаточного аустенита после закалки. Влияние легирующих элементов на устойчивость аустенита не аддитивно, т.е. при наличии в аустените нескольких элементов их действие не суммируется, а может существенно изменяться.

Дата добавления: 2015-07-08