Вплив легувальних елементів на перетворення в сплавах на основі заліза

Легувальні елементи, розчиняючись у Ферумі, впливають на положення критичних температур фазових перетворень А ₃ та А ₄, які визначають температурні діапазони існування a- та g- твердих розчинів на його основі. За впливом на положення критичних температур А ₃ та А ₄ легувальні елементи поділяють на дві групи: a- і g- стабілізатори.

g -стабілізатори, знижуючи критичну температуру Феруму А ₃ та підвищуючи А ₄, розширяють тим самим температурний діапазон існування g- твердого розчину. Такими елементами є Нікол, Манґан, Кобальт, Карбон, Нітроґен, Купрум.

У сплавах Феруму з Ніколом, Манґаном та Кобальтом точка А ₄ підвищується до лінії солідуса, а точка А ₃ за достатньої концентрації легувального елементу, може знизитись до кімнатної температури. Утворюється діаграма фазової рівноваги з відкритою g- зоною (рис. 2.13.1, а). Сталі за концентрації легувального елементу більше точки m у рівноважному стані за кімнатної температури мають структуру аустеніту; нагрівання їх аж до точки плавлення не супроводжується фазовими перетвореннями. Такі сталі називають аустенітними.

Карбон, Нітроґен, Купрум та Цинк у подібний спосіб впливають на положення критичних температур А ₃ та А ₄. Проте вони утворюють сплави, в яких аустеніт нестабільний і розпадається на механічну суміш фаз.

a- стабілізатори, перебуваючи в твердому розчині з Ферумом, підвищують критичну температуру А ₃ та знижують А ₄. Тим самим вони розширяють зону існування a- твердого розчину та замикають зону g- твердого розчину. Більшість легувальних елементів цього типу (Хром, Молібден, Вольфрам, Ванадій, Силіцій, Алюміній, Титан тощо) за певної їх концентрації в сплавах викликають злиття критичних температур А ₃ та А ₄, утворюючи сплави з Ферумом, діаграмами фазової рівноваги яких мають повністю замкнену g- зону (рис. 2.13.1, б). Понад певну концентрацію легувального елементу (більше точки n) сплави зберігають структуру легованого фериту аж до плавлення. Такого типу сталі називають феритними.

Бор, Ніобій та Цирконій також належать до цієї групи сплавів і навіть за малого вмісту викликають звуження g- зони. Проте внаслідок малої їх розчинності в Ферумі, вона є незамкненою, тому в сталях утворюються двофазні структури.

а

б

Рис. _.1. Схеми діаграм фазової рівноваги Ферум–легувальний елемент:

а – з g–стабілізаторами; б – з a–стабілізаторами

Сучасні сталі є складнолегованими сплавами, тому їх фазовий склад аналізують, враховуючи одночасний вплив трьох чи більше хімічних елементів. Карбон як основний компонент сталі переважно збільшує розчинність інших легувальних елементів в складнолегованих g- твердих розчинах. За наявності в сплаві декількох a - та g- стабілізаторів їх вплив на алотропні перетворення Феруму стає складнішим і не завжди просто сумується. В окремих випадках вплив легування є навіть протилежним тому, який спостерігається в сплавах двох компонентів. Зокрема, одночасне легування двома хімічними елементами Cr+Ni, Cr+Mn, Cr+N, один з яких стабілізує a- фазу (Хром), а другий є g- стабілізатором (Нікол, Манґан, Нітроґен), розширяє область існування g- фази.

Легувальні елементи сильно впливають на положення критичної температури А ₁, що відповідає рівновазі аустеніту з феритом та цементитом (карбідами). Нікол та Манґан знижують цю критичну температуру сталі, а Титан, Молібден, Силіцій, Вольфрам та інші хімічні елементи її підвищують.

Легувальні елементи пересувають евтектоїдну точку S та точку граничної розчинності Карбону в аустеніті E вліво відносно їх положення в діаграмі фазової рівноваги залізо - вуглець. Особливо ефективно на положення цих точок впливають Вольфрам, Молібден та Титан.

Дата добавления: 2015-10-24