Механизмы упрочнения стали

Взаимодействие легирующих элементов с углеродом и азотом в стали.

На распад мартенсита при отпуске.

На механические свойства феррита,

На полиморфизм железа,

Легирующие элементы стали

Медь

Медь иногда применяют как легирующий элемент. При содержании меди 0,6...0,8 % сталь приобретает повышенную коррозионную стойкость во влажной среде. Это свойство имеет большое значение для транспортного машиностроения, например, грузовых вагонов и цистерн. Но для деталей машиностроения и инструмента медь является вредной примесью, так как она понижает ударную вязкость.

Медь в сталь переходит в основном из металлолома вагонных сталей. По этой причине стали для ответственных изделий варят на первородной шихте, не добавляя в них металлолом.

Для большинства сталей содержание меди ограничено 0,35 %. Эти нормы не всегда выдерживаются и поэтому для ответственных изделий при входном контроле часто проверяют сталь на содержание меди.

 

 

Л 5. Влияние легирующих элементов на свойства стали. – 8 ч.

Влияние легирующих элементов:

на критические точки системы Fe–C,

на С–образные кривые,

на свойства сталина вязкость, прочность, Тх , размер зерна,

Легирующие элементы при введении в сталь могут находиться в виде твердых растворов или образовывать следующие фазы:

- легированный цементит или самостоятельные карбиды;

- интерметаллические соединения;

- твердые растворы.

Образование новых фаз и твердых растворов изменяет не только механические свойства стали, но и критические точки превращений, а так же кинетику распада аустенита.

 

Л 5.1. Влияние легирующих элементов на полиморфизм железа. – 2 ч.

Рис. 73. Влияние легирующих элементов на полиморфизм железа

Легирующие элементы по влиянию на температурные области существования полиморфных модификаций железа можно разделить на две группы. К элементам первой группы относятся никель и марганец, которые по­нижают точку А3 и повышают точку А4. В результате этого на диаграмме состояния железо – легирующий элемент (рис. 73, а) наблюдается расширение обла­сти -фазы и сужение области существования -фазы.Как видно из рис. 73, а, под влиянием этих легирующих элементов точка А4 повышается до линии солидус, а точкаА3, при повышении концентрации легирующего элемента, снижается до комнатной температуры. Следовательно, сплавы, имеющие концентрацию легирующего элемента больше указанной на рис. 73, а (точка Х), не испытывают фазовых превращений и при всех тем­пературах представляют твердый раствор легирующего элемента в -железе. Такие сплавы называют аустенитными. К элементам первой группы относятся никель и марганец, которые по­нижают точку А3 и повышают точку А4. В результате этого на диаграмме состояния железо – легирующий элемент (рис. 73, а) наблюдается расширение обла­сти -фазы и сужение области существования -фазы.

К элементам первой группы относятся никель, марганец, медь, углерод и азот, но они при небольшом содержании в сплаве расширяют область существова­ния гомогенной -фазы (рис. 73, б), а при большем содержании, вслед­ствие их ограниченной растворимости в железе, сначала сужают однофаз­ную область -фазы и затем ее полностью исключают, хотя двухфазные области, в которых присутствует -фаза, сохраняются.

Сплавы, частично претерпевающие пре­вращение называют полуаустенитными.

Элементы второй группы (Сr,V, Мо, W, Si, Аl и др.) понижают точку А4 и повышают точку А3. Это приводит к тому, что при определенной концентрации легирующих элементов (рис. 73, в) линии, ограничивающие двойную область, замыкаются, а -область расширяется от линии солидус до комнатных температур. При содержании ЛЭ больше концентрации Y все сплавы имеют ферритную структуру. Такие сплавы не подвергаются закалке на мартенсит.

  Рис. 74. Влияние легирования на ag превращение в зависимости от скрытой теплоты растворения  

Не трудно заметить, что металлы с ГЦК решеткой или ей подобной расширяют -область, а металлы с ОЦК решеткой –-область. Однако это правило не имеет строгого физического обоснования. Основной причиной расширения той или иной области является изменение скрытой теплоты растворения DН (рис. 74).

Если поглощенное тепло, приходящееся на единицу концентрации растворенного элемента в - и g-железе, выразить через и, а , то в случае, когда положи­тельно, термодина­мически выгодным будет существова­ние -фазы и диа­грамма будет иметь открытую (рис. 74, а) или расширенную -область. В этом слу­чае две ветви кри­вой растворимости можно рассматри­вать как часть сплош­ной кривой. Если DН отрицательно, получим диаграмму с закрытой -областью (рис. 74, б).

Рис. 75. Диаграмма состояний системы Fe – Ni (тип рис. 73, а)   Рис. 76. Диаграмма состояний системы Fe – Cr (тип рис. 73, в)

Если в аустените ЛЭ растворяется ограничено, то диаграмма состояний приобретает вид рис. 73, г.

   

На рис. 75 и 76 приведены диаграммы систем Fe – Ni и Fe – Cr. Легирование никелем расширяет γ – область, а хромом – сужает её. Эти свойства позволяют создавать стали ферритного или аустенитного классов. Так, добавка в малоуглеродистую сталь ~13 % хрома подавляет аустенитное превращение, а это в свою очередь не позволяет посредством закалки упрочнять сталь.