Классификация легирующих элементов

Классификация легирующих элементов

• Классификация легирующих элементов Элементы, используемые при легировании стали, различаются структурой атомно-кристаллической решетки, их влиянием на расположение критических точек железа, а также их связью с углеродом, присутствующим в стали[42]. Благодаря строению атомно-кристаллической решетки легирующие элементы делятся на 3 группы. Первая группа (Cr, W, Mo, V, Nr, Si’) состоит из элементов с атомно-кристаллическими решетками, связанными с a-Fe. Единицами этих элементов являются кристаллические ячейки, объемно-центрированные Кубы.

Один Кремний условно входит в первый рпиймный, потому что он имеет очень сложную убичеон | реоетку. 2-я группа (Ni, Cu, A1, Mn1) состоит из элементов с атомной кристаллической решеткой, связанной с y = Fe. Единицами этих элементов являются кристаллические ячейки, которые представляют собой поверхностно-центрированные Кубы. 3-я группа(Ti, Co, Be и некоторые редкоземельные элементы) состоит из элементов с гексагональной атомно-кристаллической решеткой, то есть единичной решеткой в виде гексагональной призмы.

Легирующие элементы находятся в Стали в виде твердых растворов и различных химических соединений: карбидов, нитридов, интерметаллидов и др. Людмила Фирмаль

По образованию твердого раствора с железом легирующие элементы делятся на те, которые имеют полное (неограниченное) и неполное (ограниченное) значение solubility. As как правило, элементы, полностью нерастворимые в железе для стальных сплавов, не используются. Растворимость легирующих элементов в железе зависит в первую очередь от атомного объема и атомной структуры элементов, а также типа и параметров атомной кристаллической решетки. Как правило, элемент с атомным объемом, близким к атомному объему железа, имеет самую высокую растворимость в железе, и такой элемент дает наиболее однородный и менее напряженный твердый раствор.

Чем ближе основной тип атомно-кристаллической решетки и размер (параметры) растворимого элемента к типу решетки железо-растворитель, тем лучше элемент будет растворяться в a-Fe или Y-Fe. Легирующие элементы придают железу бесконечную растворимость, когда атомный радиус не превышает атомного радиуса и 8% железа, а атомная кристаллическая решетка такая же, как у железа-растворителя lattice. In при отсутствии этих условий легирующие элементы имеют ограниченную растворимость в железе или практически не имеют полного растворения. При образовании твердого раствора и легировании элементов в определенной степени искажается атомно-кристаллическая решетка железа, что повышает его твердость и укрепляет феррит или austenite.

• In кроме того, чем четче атомная кристаллическая решетка и атомный объем растворенного элемента, тем сильнее элемент деформирует и усиливает решетку железо-растворитель. Основные (наиболее часто используемые) легирующие элементы, снижающие упрочняющую способность ферритов, находятся в линейке Si, Mn, Ni, Mo, V, W, Cr. Один Марганец условно входит во 2-ю группу, так как при комнатной температуре он имеет очень сложный куб планетезималей. Основа теории легированной стали 58 На общее повышение прочности стали большое влияние оказывает также равномерность растворения легирующих элементов по объему зерна [43].

Поверхностно-активные легирующие элементы (так называемые голофильные), которые концентрируются преимущественно вдоль границ зерен, оказывают очень сильное влияние на размер зерен, прокаливаемость и другие свойства стали при введении в сталь даже в очень малых количествах (например, Бор) в количестве 1% (тысячи минут).Основная картина объема элемента, который равномерно растворяется по всей частице, или сама частица (так называемая голофобная), вводится в количестве от 10 процентов до 1 процента в минуту, что влияет на упрочнение металлической основы. Введение легирующих элементов очень сильно

изменяет температуру перехода железа от одного изменения к другому. Людмила Фирмаль

Под влиянием одних элементов критические точки железа L3 и A4 находятся близко друг к другу, а под влиянием других они расходятся. То есть при сужении или расширении температурного диапазона в стабильном состоянии будет происходить гамма-излучение железа. Поэтому все элементы, используемые для легирования железа вследствие воздействия железа на критическую точку, делятся на 2 группы в зависимости от того, расширена или сужена (замкнута) гамма-железная область в диаграмме состояния системы Железоэлементов. Никель, медь, марганец, кобальт, углерод, азот, за счет влияния этих элементов расширяется область Y Fe Fe>Д°D, увеличивается точка L4 и уменьшается точка A3.

Если некоторые элементы этой группы превысят определенную концентрацию а), то точка А3 опустится до комнатной температуры, и сплав будет находиться в виде твердого раствора\Fe, то есть аустенита, от точки плавления до 0°С. Хром, алюминий, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, титан, бериллий и некоторые редкие элементы относятся к группе элементов, которые закрывают область гамма-железа. Когда такой элемент вводится в железо, точка L4 Вниз и L3 идет вверх. Если содержание элемента выше концентрации а (рис. 10, Б), то точки А4 и Л3 сливаются, и область вфэ исчезает(получается, что она замкнута).

Такие сплавы от 0 ° С до плавления имеют атомную кристаллическую решетку A-Fe. То есть это будет феррит. Характер различных воздействий легирующих элементов на расположение критических точек А3 и А4 (расширение или сжатие области гамма-железа) во многом определяется атомным радиусом и атомным объемом легирующих элементов. Например, Д. И. Если рассматривать элементы по расположению таблицы Менделеева, то можно увидеть, что в каждом периоде элемент с малым атомным объемом расширяет область Y.

ко-классификация легирующих элементов 59 При среднем атомном объеме-они закрывают эту область, но при большом атомном объеме они не растворяются в железе и практически не влияют на температуру гомотропного превращения Содержание / > zlemept egzrunpceg0、％ / 500 ^ В твердых ^ РА / Н Зар ф£ф Жесткий сплав Контент / теги％ Ряса. 10. схема влияния легирующих элементов на область твердого раствора V-Fe: а-расширение: сужение области b-t-Fe Фигура Движение на юг в системе циклов порядковых номеров 60 70 60 элементов 11.Отношение легирующих элементов к железу в зависимости от атомного радиуса элемента (Вефер） Железо. К таким элементам, нерастворимым в железе, относятся все щелочные металлы, свинец, серебро, магний и др. (Рисунок 11).

Основа теории легированной стали 60 Что касается углерода в стали、 Формирование карбида и карбида образования(графит、 зирующие) легирующие элементы. Карбидообразующая группа состоит из элементов, которые имеют высокую степень химического сродства к углероду и производят специальные карбиды, которые более прочны и стабильны, чем карбид железа (цементит) при нагревании. Все карбидообразующие элементы, фактически используемые при легировании стали, расположены в Ti, Nb, V, W, Mo, Cr и Mn, чтобы уменьшить их способность образовывать карбиды.

Способность легирующего элемента образовывать карбид зависит от его электронной структуры и атомного радиуса: чем меньше становится внутренняя электронная оболочка Карбидообразующего элемента и больше его атомный объем, тем прочнее и стабильнее становятся создаваемые им специальные карбиды. 11 график из рисунка выше показывает, что из каждого. D. I. In период таблицы Менделеева, Карбидообразующие элементы находятся на нисходящих ветвях, а прочность и термодинамическая стабильность образуемых ими карбидов уменьшается с уменьшением атомного радиуса elements. In это порядок, снижающий способность карбидов образовывать, например, Ti, V, Cr и Mn, в 4-м периоде. 5-й ЗР, НБ, Мо и др. Многие карбидообразующие элементы дают так называемую интерстициальную фазу, называемую углеродом.

Это мощное соединение различных составов. Фаза впрыска, такая как специальный карбид, имеет высокую твердость, высокую стабильность при нагревании, металлический блеск и т. д., но его атомно-кристаллическая решетка не является сложной молекулярной решеткой, в отличие от карбидной решетки, кубической или гексагональной, в межатомном пространстве которой внедрены атомы углерода[44]. Прочные карбидообразующие элементы (Ti, V и др.) может образовать так называемую конюшню carbides. It не входит в состав других элементов, кроме углерода и этого карбидообразующего элемента.

Такие стабильные карбиды очень стабильны, за счет чего состав практически не изменяется ни при обработке термопластов, ни при дальнейшей термообработке. В процессе упрочнения стали стабильные карбиды практически не мигрируют в твердые растворы, а большая часть деталей остается в структуре закаленной стали в виде отдельных слоев. Низкопрочные низкоуглеродистые формообразующие элементы из однолегированной стали (1 легирующий элемент) обычно образуют двойные карбиды типа легированного цементита.

Железо замещается атомами легирующих элементов. Поэтому марганец всегда производит сложный карбид (Fe-Mn) 3C. In сталь с некоторыми легирующими элементами образуются композитные карбиды, которые содержат атомы железа и другие карбидообразующие элементы, присутствующие в стали. Например, в хромомарганцевой стали всегда присутствует комбинированный карбид — (Fe•Cr•Mn) sC соотношение железосодержащего углерода и различных элементов в бинарном и композитном карбиде, химический состав и термический режим обрабатываемой стали. Группа графитизированных элементов состоит из таких элементов, которые снижают стабильность цементита и других элементов карбида.

После правильной термической обработки (отжига и др.), наличие определенного количества такого графитизирующего элемента приводит к тому, что весь цементит в структуре полностью разлагается на феррит и углерод сажевого отжига (графит). Легирующие элементы размещены в рядах Si, A1, Cu и Co. Кремний является сильнейшим графитизирующим элементом, и его часто добавляют в железоуглеродистый сплав для разложения цементита на феррит и графит(например, для получения графита в виде серого чугуна или специальной графитизированной стали).

Смотрите также:

Материаловедение — решение задач с примерами

Влияние легирующих элементов на основные свойства и структуру стали	Цианирование стали
Влияние легирующих элементов на условия термической обработки стали	Сульфидирование стали