3. Основы легирования стали

Легирующими элементами в стали являются элементы, спе­циально вводимые в сталь с целью изменения свойств. Сталь, в состав которой введены легирующие элементы, называется легированной. К числу наиболее часто используемых специаль­ных легирующих элементов относятся Cr, Ni, Mo, V, Ti, W_r а также Si и Мп, если количество этих элементов в стали пре­восходит содержание их в углеродистой стали. Свойства леги­рованных сталей в значительной степени определяются тем, какие фазы образуются при сплавлении легирующих элемен­тов с железом и углеродом.

4. Фазы, образуемые легирующими элементами с железом. Влияние легирующих элементов на температуру полиморфных превращений железа.

Эти вопросы следует рассматривать совместно, так как они находятся в непосредственной связи друг с другом.

Легирующие элементы могут растворяться в железе, обра­зуя твердые растворы и оказывая влияние на температуры по­лиморфных превращений железа. Так как железо имеет две модификации ( и ), то могут образоваться твердые раст­воры легирующего элемента с каждой из этих модификаций железа.

В зависимости от расположения элементов в периодической системе и строения кристаллической решетки легирующего эле­мента возможны несколько вариантов взаимодействия леги-

Сплавы железа с Si, Al, W, V, Mo, Ti, Cr со структурой -твердого раствора, не имеющие фазовых превращений в твердом состоянии, называются ферритными. Например сплав Fe С 20% Сr (рис. 86, б). Сплавы этой же группы, у которых при изменении температуры происходят частично фазовые превращения в твердом состоянии, называются полуферритными.

№ 24. Какие сплавы Fe—л. э., рис. 85, а нельзя упрочнить термообработкой (закалкой)?

Ответ: сплавы 1) состава л. э. > х, с. 216; 2) состава л э< х. с. 216; 3) образующие -твердый раствор с. 217.

№ 25. Из чего состоит структура сплава Fe—Мn с 35% Мп, рис. 86, б?

Ответ: из 1) аустенита, с. 216; 2) феррита, с. 217; 3) феррита и аустенита, с. 216.

Карбидные фазы в легированных сталях. В легированных сталях наряду с железом всегда присутствует углерод, с которым многие легирующие элементы могут вступать во взаимодействие и образовать специальные карбиды.

Химические соединения с углеродом — карбиды могут образовать легирующие элементы, имеющие недостроенную d-электронную орбиталь.

№ 26. На основе таблицы Д. И. Менделеева, рис. 1, установите, какие легирующие элементы с углеродом образуют карбиды?

Ответ: 1) металлы, с. 216; 2) неметаллы, с. 216; 3) переходные металлы, с. 217.

В таблице 4 приведены важнейшие легирующие элементы с недостроенной d-электронной орбиталью, количество недостающих электронов на d-орбитали, а также химические формулы, важнейших карбидов, образуемых этими элементами.

Склонность к карбидообразованию, стойкость карбидов, их твердость и температура образования тем выше, чем больше степень недостроенное d-электронной орбитали атома элемента.

№ 27. В сплаве железа с углеродом имеется хром, молибден, титан. Какие карбиды будут образовываться в первую очередь в сплаве?

Ответ: 1) Сr₇С₃, с. 217; 2) TiC, с. 218; 3) TiC и Fe₃C, с. 216.

Если сравнивать отношения атомных радиусов углерода r_с и карбидообразующих элементов r_м, то для элементов Fe, Mn, , для элементов Mo, W, Nb, V, Zr и Ti <0,59.

Таблица 4