Специальные стали

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

Из приведенных данных видно; что в сплавах на основе а-железа эффективный атомный радиус на 2—5 % отличается от атомного радиуса чистого металла. Чем более удален элемент от железа в периодической системе, тем больше эта разница. Эти отклонения могут внести определенные коррективы в размерный фактор.
...
Однако размерный фактор является необходимым, но недостаточным условием, определяющим образование твердого раствора замещения.
...
Значения предельной растворимости легирующих элементов в железе зависят от взаимного расположения этих элементов в периодической системе. Наибольшую растворимость в железе имеют элементы, находящиеся в том же периоде, что и железо, а также расположенные в наиболее близких к нему V—VIII группах. Как известно, по мере удаления от железа увеличивается различие в строении внешних й-
...
Роль электронного строения компонентов при образовании твердых растворов на основе железа установлена далеко не однозначно, во всяком случае, электронная теория ограниченных твердых растворов в сплавах железа еще далека от подобной теории для твердых растворов на основе благородных металлов (электронные соединения на основе меди, серебра и золота). Роль сродства к электрону для твердых растворов в сплавах железа освещена в трудах В. К. Григоровича.
...
Необходимо также отметить, что все рассмотренные выше закономерности образования твердых растворов на базе железа установлены для двойных систем железо—леги-
...
рующий элемент. В реальных сталях и сплавах образуются многокомпонентные твердые растворы. Закономерности образования твердых растворов для конкретных многокомпонентных систем будут рассмотрены при изложении материалов по соответствующим легированным сталям.
...
Твердые растворы внедрения образуют элементы внедрения с малыми атомными размерами. Значения атомных радиусов гх
...
Твердые растворы внедрения являются частным случаем фаз внедрения (к последним также относятся карбиды, нитриды, бориды, оксиды, гидриды и другие химические соединения переходных металлов с элементами внедрения). Твердые растворы внедрения всегда ограничены, а растворимость в них зависит от кристаллической структуры металла-растворителя и размеров атома элемента внедрения. Ограниченность твердых растворов внедрения определяется тем, что они сохраняют решетку металла-растворителя, а атомы внедрения в них занимают лишь вакантные междоузлия — октаэдрические и тетраэдрические поры в решетке металла-растворителя. Часть пор всегда не заполнена. Размеры этих пор для о. ц. к., г. ц. к. и г. п. у. решеток представлены ниже, а на рис. 14 приведена схема расположения пор в а- и ^-железе:
...
прочной связи между атомами металла-растворителя и атомами внедрения не будет. Однако размер поры не должен быть и слишком малым, так как внедрение атома вызовет ослабление связей между атомами решетки растворителя, и структура такого твердого раствора будет неустойчивой. Какая из пор является наиболее благоприятной для размещения в ней атома внедрения, будет определяться не только ее размерами, но и количеством соседних атомов,
...
претерпевших деформацию при образовании твердого раствора внедрения. Так, в а-железе растворение углерода и азота происходит в октаэдрических порах, меньших по размеру, чем тетраэдрические, так как в первом случае смещаются два атома вдоль ребра куба в направлении с малой плотностью упаковки, а во втором — четыре атома в направлении плотной упаковки. Таким образом, энергия деформации о. ц. к. решетки от внедрения атомов углерода или азота в окта-пору будет меньше, чем при внедрении их в тетра-пору.
...
Растворимость атомов внедрения увеличивается с уменьшением размера атомов, т. е. возрастает в ряду В — С — N
...
творяется в а-железе в значительно большем количестве. . В -у-железе максимальная растворимость азота также больше, чем углерода (2,8 и 2,0%, соответственно). Значительно большая растворимость углерода и азота в -у-же-лезе по сравнению с а-железом связана с тем, что в г. ц. к. решетке размер пор больше, а их число меньше, чем в о. ц. к.-решетке, т. е. для а-железа характерна большая
...
рыхлость упаковки. Необходимо также отметить, что значительная деформация решетки при внедрении атомов неметалла в пору решетки металла-растворителя приводит к тому, что значительное число пор не заполняется атомами внедрения. Так, при предельном насыщении углеродом 7
...
рода на 600 элементарных ячеек [0,083% (ат.) С]. Столь значительное различие растворимости углерода в двух модификациях железа обусловливает возможность различной термической обработки сталей.
...
Это соотношение выполняется, если в расчет принимаются эффективные радиусы элементов. Указанные выше значения атомных радиусов элементов внедрения могут сильно отличаться от эффективных радиусов тех же элементов, находящихся в твердом растворе. Так, на основе измерения параметров твердых растворов внедрения и последующих расчетов установлено, что эффективный радиус атомов углерода (г^)
...
В твердых растворах внедрения может происходить процесс упорядочения. Наиболее интересный пример такого процесса — упорядочение в железоуглеродистом мартенсите. В мартенсите атомы внедрения (углерод) занимают только октаэдрнческне междоузлия о. ц. к. решетки железа. Упорядочение в такой решетке обусловливает появление тетра-гональности решетки мартенсита. В о. ц. к. решетке железа можно выделить три о. ц. к. подрешетки со своими направлениями тетрагональности: [100], [010], [001]. В случае, когда весь углерод расположен только в
...
Железо является основой всех сталей и многих сплавов. Стали и сплавы черных металлов на сегодня являются главным конструкционным материалом.
...
Столь широкое использование железа связано не только с его большими природными запасами, пригодными для промышленной разработки, а также обусловлено способностью материалов на основе железа менять структуру и свойства при легировании и термической обработке.
...
Железо является ^-переходным металлом. Его атомная масса 55,85; плотность 7,684-103 кг/м3; конфигурация внешних электронных оболочек
...
Зс?6452; кристаллографические модификации — о. ц. к. (а- и 6-железо) и г. ц. к. (■у-железо); параметры решетки: 0,286 нм (при +20 °С) для а-железа; 0,364 нм (при 950 °С) для у-
...
Рис. 16. Зависимость предела текучести и временного сопротивления разрыву железа от степени его чистоты (Д. С. Каменецкая, И. Б. Пилецкая, В. И. Ширяев)
...
железа от примесей. Наряду с широко применяемыми промышленными методами очистки (внепечное вакуумироца-ние, электровакуумное плавление, электрошлаковый переплав, карбонил-процесс, электролиз и др.) разработаны новые методы очистки: зонное плавление, рафинирование (отжиг) в водороде и высоком вакууме, электроннолучевая плавка и др. Особо чистое железо получают при сочетании разных методов очистки. Возможности некоторых методов глубокой очистки могут быть охарактеризованы приведенными ниже данными о содержании Си
...
По степени чистоты железо условно принято делить на железо технической чистоты (FeT.4) и железо высокой степени чистоты (FeB.4);
...
Температуры превращений в железе в сильной степени зависят от его чистоты. Ниже приведены температуры превращений, °С, в железе FeT.4 и FeB.4 (Д. С. Каменецкая, И. Б. Пилецкая В. М. Ширяев) :
...
Склонность железа к хрупким разрушениям, оцениваемая по температуре перехода из вязкого в хрупкое состояние1, также значительно увеличивается с ростом содержания примесей внедрения: углерода, азота и кислорода (рис. 17). Наиболее чистое железо [<10-6% (С + ]М) и 10~50/о О] имеет Тпр=
...
с дислокациями. По Коттреллу, упругое поле напряжений дислокаций взаимодействует с примесными атомами внедрения, поэтому вблизи дислокаций образуются скопления атомов внедрения — атмосферы Кот-трелла. При понижении температуры концентрация примесей около дислокации возрастает в соответствии с формулой:
...
где С — концентрация атомов внедрения на дислокации; С0 — средняя концентрация атомов внедрения в твердом растворе; Е — энергия связи атома внедрения с полем упругих искажений дислокаций; Т — температура; к — константа Больцмаиа.
...
Атмосферы Коттрелла закрепляют дислокации, при этом увеличивается прочность железа, этим и объясняется температурная зависимость предела текучести (ниже комнатной температуры).
...
При достаточном количестве атомов внедрения в твердом растворе (С0) ниже определенной температуры будут образовываться насыщенные атмосферы Коттрелла (С=1). Ко
...
личество атомов внедрения в твердом растворе, необходимое для образования насыщенных атмосфер Коттрелла, будет зависеть от плотности дислокаций. Расчеты показали, что для закрепления всех дислокаций атмосферами Коттрелла в отожженном железе, имеющем плотность дислокаций 107—108 см-2, необходима концентрация атомов внедрения С+ +N-10-*— Ю-3 % (по массе). Это подтверждается приведенными выше экспериментальными данными (см. рис. 17
...
Ю-7 % температурная зависимость железа увеличивается (растет Асгт) до значений концентрации примесей С0=ЗХ Х103 % (по массе). Очевидно, что значение, находящееся в пределах вышеприведенных расчетных данных, являет
...
ся концентрацией, при которой все дислокации в отожженном железе будут закреплены насыщенными атмосферами Коттрелла (рис. 19).
...
При содержании атомов внедрения в железе менее 3-Ю-4 % все они находятся в атмосферах Коттрелла. При увеличении их концентрации в сплаве выше этого значения возрастает концентрация атомов внедрения в твердом растворе, находящихся в несвязанном с дислокациями состоянии. С явлением сегрегации примесей внедрения у дислокаций и их закреплением атмосферами Коттрелла связано деформационное старение мягких сталей (см. гл. XIII, п. 1).
...
с дислокациями. По Коттреллу, упругое поле напряжений дислокаций взаимодействует с примесными атомами внедрения, поэтому вблизи дислокаций образуются скопления атомов внедрения — атмосферы Кот-трелла. При понижении температуры концентрация примесей около дислокации возрастает в соответствии с формулой:
...
Легированный феррит представляет собой многокомпонентный твердый раствор по типу замещения и внедрения легирующих элементов и примесей в а-железе. Изучению свойств легированного феррита посвящены работы советских ученых А. П. Гуляева, В. С. Меськина, М. М. Штейн-берга и др.
...
Дислокационные теории упрочнения твердых растворов при легировании (Мотта и Набарро, Флейшера) не дают для сплавов железа совпадения расчетов с экспериментом.
...
Эмпирически установлено, что количественная оценка упрочнения железа при легировании возможна на основе аддитивного вклада упрочняющего влияния отдельных легирующих элементов на свойства сс-твердого раствора железа. Так, при одновременном легировании а-феррита атомами нескольких (4—5) легирующих элементов их влияние на упрочнение может быть просуммировано:
...
где К?- коэффициент упрочнения феррита, представляющий собой прирост предела текучести при растворении в нем 1 % (по массе) /-того легирующего элемента: С*—концентрация 1
...
Необходимо отметить, что при оценке упрочнения феррита по приведенной формуле следует брать концентрацию легирующего элемента, растворенного в феррите, а не содержание этого элемента в стали.
...
где а,—напряжение трения или предел текучести в отсутствии сопротивления со стороны границы, т. е. предел текучести монокристалла; Ку
...
Значение о-; феррита будет зависеть от твердорастворно-го упрочнения, плотности дислокаций, наличия дисперсных частиц, а Ку
...
Таким образом, чем меньше размер зерна, тем выше должна быть прочность феррита. Эффективность зерногра-ничного упрочнения определяется степенью измельчения зерна.
...
Влияние размера зерна на склонность сталей и сплавов к хрупким разрушениям вытекает из известной схемы А. Ф. Иоффе, работ советских школ под руководством Н. Н. Давиденкова и Я- Б. Фридмана. Математическая связь критерия разрушения с размером зерна видна из соотношения
...
Если левая часть приведенных соотношений меньше правой, то материал не будет склонен к хрупкому разрушению. Отсюда видно, что повышение всех факторов, приводящих к упрочнению (рост сг/, огт),
...
Более того, измельчение зерна положительно сказывается не только на склонности к хрупким разрушениям, но оно одновременно приводит к упрочнению в соответствии с уравнением Холла—Петча. От степени уменьшения значений й
...
Многочисленные исследования легированного феррита показывают, что собственно упрочнение феррита при легировании отрицательно сказывается на склонности его к хрупким разрушениям. Однако влияние легирующих элементов на температуру перехода индивидуально.
...
На рис. 23 приведены данные по влиянию марганца, кремния, хрома, ванадия и никеля на порог хладноломкости железа Г50.
...
ко снижается, а при большем их содержании заметно повышается. Никель в отличие от других легирующих элементов при всех концентрациях существенно понижает порог хладноломкости. Концентрация легирующих элементов, до которой понижается порог хладноломкости феррита для ванадия и хрома, составляет <1
...
В железоуглеродистых сталях аустенит, как стабильная структурная составляющая, существует лишь при температурах выше Лс3. В специальных легированных сталях благодаря влиянию легирующих элементов на расширение 7-области, увеличению устойчивости переохлажденного аус-тенита и понижению мартенситной точки аустенит может быть одной из главных структурных составляющих сталей
...
в состоянии их эксплуатации. Поэтому знание свойств легированного аустенита наиболее важно для таких высоколегированных сталей, как нержавеющие, жаропрочные, немагнитные и др.
...
Изменение свойств аустенитных сплавов при легировании может быть обусловлено как влиянием легирующих элементов на свойства собственно твердого раствора— аустенита, так и их влиянием на стабилизацию аустенита к фазовым переходам, т. е. легирование может вызывать превращение аустенита с образованием других фаз (например, а-
...
В этом разделе-рассмотрено влияние легирования на свойства собственно аустенита, т. е. легирование стабильного аустенита. Фазовые превращения в нестабильных аустенитных сталях будут изложены в гл. XX.
...
Изменение свойств собственно аустенита при легировании в общих чертах описывается теориями упрочнения твердых растворов. Так, упрочнение, определяемое параметром несоответствия по размерам, хорошо иллюстрируется рис. 24, на котором представлена зависимость изменения твердости ДНУ от параметра решетки Да хромонике-левого аустенита при введении в него 1 % легирующих элементов замещения и внедрения. Упрочнение тем больше, чем больше это несоответствие. Однако для элементов внедрения (С, К) и замещения (Мп, V, Со, Мо, А1, Сг, N1, Б1) эффективность упрочнения при одинаковых значениях Да различна. Наибольший вклад в упрочнение аустенита вносят элементы внедрения, особенно азот. В отличие от а-железа растворимость азота в легированном аустени-те значительно выше и может превышать 1 % при комнатной температуре.
...
Эффективность влияния легирующих элементов на свойства аустенита определяется базовыми аустенитными композициями, на которых основан данный аустенит. Такими
...
Рис. 24. Зависимость упрочнения аустенита (ДНУ) от изменения параметра решетки (Да) при легировании хромо-никелевого аустенита 1 % (ат.) различных элементов (К. Ирвин)
...
Рис. 25. Зависимость твердости НУ марганцевого (Г38) и никелевого (Н36) аустенита от степени пластической деформации 8 (В. С. Литвинов)
...
В работах И. Н. Богачева с сотр. установлено (рис. 25), что деформационное упрочнение значительно сильнее проявляется на марганцевом стабильном аустените (Г38), чем на стабильном никелевом (Н36). Особенно существенно это различие при высоких степенях деформации. Так, деформация е=50 % повышает твердость никелевого аустенита в 1,5 раза, а марганцевого в 2,6. Особенностью марганцевого аустенита является его хладноломкость при низких температурах (рис. 26), что аномально для сплавов с г. ц. к. решеткой. В никелевом аустените резкого падения ударной вязкости при всех температурах испытания вплоть до —196 °С не наблюдается. Легирование аустенита может влиять на его свойства. Так, введение хрома в марганцевый аустенит заметно уменьшает его склонность к хрупким разрушениям, а легирование никелем практически не влияет на порог хладноломкости. •
...
Существенная разница и свойствах марганцевого и никелевого аустенита объясняется различными значениями энергии дефектов упаковки (ЭДУ) в этих сплавах. В марганцевом аустените значение энер-
...
гии дефектов упаковки заметно меньше, чем в никелевом аустените. Как известно, энергия дефектов упаковки — одна из важнейших характеристик дислокационной структуры, определяющей свойства аустенита. Так, подвижность дислокаций (способность их к поперечному скольжению, легкость пересечений) зависит от энергии дефекта упаковки. При этом в сплавах с г. ц. к. решеткой этот фактор играет в упрочнении бблыиую роль, чем взаимодействие дислокаций с атомами внедрения и замещения и силы трения решетки.
...
Показателем энергии дефектов упаковки является вероятность их образования а; чем больше вероятность образования дефектов упаковки В
...
Рис. 27. Зависимость вероятности образования (а) и энергии дефектов упаковки (ДУ) марганцевого (Г38) и никелевого (Н36) аустенита от температуры деформации (В. С. Литвинов, Д. А. Мирзаев)
...
значно указывает на пониженную подвижность дислокаций, и, следовательно, более интенсивное деформационное упрочнение марганцовистого аустенита.
...
Как установлено В. С. Литвиновым при исследовании межатомного взаимодействия в сплавах методом ядерной гамма-спектроскопии (эффект Мессбауэра), основная роль марганца заключается в изменении взаимодействия атомов железа между собой. Под влиянием марганца происходит перераспределение внешних электронов от атомов железа к атомам марганца, в результате чего й-электроны атомов железа принимают большее участие в связи. Изменение характера пространственного распределения электронов является основным фактором в
...
гии дефектов упаковки заметно меньше, чем в никелевом аустените. Как известно, энергия дефектов упаковки — одна из важнейших характеристик дислокационной структуры, определяющей свойства аустенита. Так, подвижность дислокаций (способность их к поперечному скольжению, легкость пересечений) зависит от энергии дефекта упаковки. При этом в сплавах с г. ц. к. решеткой этот фактор играет в упрочнении бблыиую роль, чем взаимодействие дислокаций с атомами внедрения и замещения и силы трения решетки.
...
ния энергии дефектов упаковки, большая вероятность их образования и высокое упрочнение марганцевого аустенита — результат проявления характера межатомного взаимодействия в таких сплавах. Противоположный характер перераспределения электронов между атомами компонентов в сплавах Ре—Мп и Ре—№ обусловливает различие в свойствах аустенита и мартенсита этих сплавов.
...
Показано (рис. 28), что причиной хладноломкости железомарган-цевого аустенита является фазовый переход I рода — при этих температурах граиецентрированная кубическая решетка (г. ц.к.) переходит в гранецентрироваииую тетрагональную решетку (г.ц.т.). Пока сохраняется кубическая фаза, аустенит хладостоек, при появлении тетрагональных искажений у плотноупакованной структуры он становится хладноломким. Такие искажения в решетке обусловлены локализацией связи при понижении температуры. Следовательно, последнее является основной причиной хрупкости при низких температурах железомаргаи-цевого аустенита.
...
Таким образом, особые свойства марганцевых аустени-тных сталей и сплавов связаны с характером межатомного взаимодействия в их решетке.
...
Легирование феррита и аустенита различными элементами существенно влияет на поведение углерода (растворимость в твердом растворе, диффузионную подвижность, способность к выделению и т. д.). Наиболее полной характеристикой, определяющей поведение углерода в твердом растворе, является его термодинамическая активность.
...
Коэффициент термодинамической активности компонента характеризует силы связи его с атомами матрицы, т. е. его подвижность в твердом растворе, способность компонента оставаться растворенным или выделяться из раствора в другую фазу. Многие процессы фазовых превращений, протекающие в стали, определяются термодинамической активностью углерода и легирующих элементов. Так, в соответствии с первым законом Фика, диффузионный поток /г определяется градиентом концентрации (дС^/дх):
...
ния энергии дефектов упаковки, большая вероятность их образования и высокое упрочнение марганцевого аустенита — результат проявления характера межатомного взаимодействия в таких сплавах. Противоположный характер перераспределения электронов между атомами компонентов в сплавах Ре—Мп и Ре—№ обусловливает различие в свойствах аустенита и мартенсита этих сплавов.
...
зионный поток протекает из областей с меньшей концентрацией данного элемента в области с более высокой его концентрацией. В общем виде движущей силой диффузионных процессов является не градиент концентрации, а градиент химического потенциала или свободной энергии (д&/дх)
...
Чтобы оценить влияние легирующего элемента на активность углерода в легированном твердом растворе а£
...
К настоящему времени накоплен большой экспериментальный материал по влиянию легирования на термодинамическую активность углерода в аустените и относительно мало данных об активности углерода в легированном феррите. Это связано со значительными экспериментальными трудностями определения относительного коэффициента термодинамической активности углерода в феррите из-за значительно меньшего предела растворимости углерода в нем по сравнению с аустенитом.
...
Физическая сущность изменения коэффициента /с как в феррите, так и в аустените одна и та же и состоит в том, что легирующие элемен
...
ты, находящиеся в растворе, изменяют силы связи или прочность связи между атомами металла и углерода. Карбидооб-разующие элементы будут увеличивать прочность связи углерода с атомами легирующего элемента в твердом растворе, они повышают вероятность нахождения атомов углерода в междоузлиях вблизи узлов решетки, занятых атомами легирующего карби-' дообразующего элемен
...
Рис. 28. Влияние концентрации мольной доли (Л^ло) различных легирующих элементов на относительный коэффициент термодинамической активности углерода в аустените (I
...
воре, то есть уменьшают его термодинамическую активность. Некарбидо-образующие элементы, замещающие атомы железа в твердом растворе, будут, наоборот, «отталкивать» атомы углерода, повышать их подвижность, т. е. увеличивают его термодинамическую активность, при этом будет проявляться тенденция к выделению углерода из твердого раствора.
...
Обобщенные по данным различных исследователей данные о влиянии легирующих элементов на относительный коэффициент термодинамической активности углерода в аустените приведены на рис. 28. Чем сильнее карбидообра-
...
Рис. 28. Влияние концентрации мольной доли (Л^_ло) различных легирующих элементов на относительный коэффициент термодинамической активности углерода в аустените
...
зующая способность легирующего элемента, т. е. чем левее по отношению к железу находится ^-переходный металл в периодической системе, тем в большей степени понижается /с<1. Некарбидообразующие элементы в аустените Со, N1, §1
...
Влияние легирующих элементов на термодинамическую активность углерода в аустените имеет большое значение в таких процессах, как растворение карбидов, нитридов и карбонитридов в аустените, выделение их из твердого раствора при охлаждении, перераспределение элементов между фазами в процессе термической обработки.
...
В заключение необходимо отметить, что легирующие элементы оказывают влияние на термодинамическую активность углерода в твердом растворе лишь в том случае, если они растворены в этом твердом растворе, т. е. при определении возможности протекания того или иного процесса благодаря изменению термодинамической активности необходимо учитывать содержание легирующих элементов, растворенных в твердом растворе, а не их общее содержание в стали.
...
Основными фазами-упрочнителями в сталях являются карбиды, нитриды и комплексные соединения на их основе — карбонитриды. Физическая природа и свойства этих фаз во многом определяют их поведение в стали.
...
Карбиды и нитриды относятся к фазам внедрения и образуются между ^-переходными металлами и соответственно углеродом и азотом.
...
На рис. 29 в последовательности, отвечающей положению металлов в периодической системе элементов, приведены обобщенные данные о кристаллической структуре и электронном строении й-
...
Рис. 29. Структура «(-переходных металлов, а также карбидов и нитридов, образуемых ими в сталях (схема — обобщение литературных данных)
...
Рис. 29. Структура «(-переходных металлов, а также карбидов и нитридов, образуемых ими в сталях (схема — обобщение литературных данных)
...
Прочность связи в карбидах и нитридах между атомами металла и неметалла (межатомные силы взаимодействия) определяется строением х- и ^-электронных оболочек. Для ^-переходных металлов характерна (по Полин-гу) «гибридизация» электронов между й-
...
Прочность связи между атомами металла и неметалла в карбидах и нитридах характеризуют теплотой образования ДЯ298к
...
Анализ данных рис. 29 показывает, что кристаллические решетки карбидов и нитридов во всех случаях отличаются от кристаллических решеток соответствующих переходных металлов, при этом можно отметить ряд закономерностей.
...
Для чистых переходных металлов при движении вдоль периода слева направо (от Т1 к №), т. е. по мере заполнения внешних й-
...
ма Сг2зС6, все карбиды марганца и железа (VII—VIII группы) имеют сложные гранецентрированные, гексагональные и ромбические решетки.
...
Следовательно, по мере движения слева направо наблюдается тенденция к усложнению решетки и многообразию форм карбидов и нитридов.
...
что может быть обусловлено меньшими по сравнению с углеродом размером атомного радиуса азота и возможностью его размещения в тетраэдрических порах подрешетки металла.
...
Из изложенного следует, что встречающиеся в литературе обозначения карбидов ванадия и ниобия в стали формулами У^Сз и ЫЬ4Сз
...
элементами IV и V групп. Ниже по данным X. Дж. Гольд-шмидта и Л. Тотта указаны пределы растворимости карбидов и нитридов металлов IV и V групп между собой. Карбиды и нитриды металлов IV—V групп могут полностью или частично растворяться один в другом. Полной
...
Комплексные соединения карбидов и нитридов —* карбонитриды — обозначают формулой, в которой находятся все элементы, входящие в состав. Так, карбонитрид ванадия может быть обо
...
упакованную- гексагональные решетки. Область гомогенности этих карбидов невелика, они могут взаимно растворяться. Особо важное значение эти карбиды имеют в быстрорежущих сталях.
...
Карбид Сг7С3 образуется чаще всего в конструкционных сталях с относительно невысоким содержанием хрома (до 3—4%).
...
В сталях этот карбид может содержать от 30 до 50 % Сг, т. е. его формула должна быть в пределах Ре4СгзС3 и РегСгэСз. Обычно такой карбид обозначают (Сг, Ре)7С3
...
Карбид СггзС6 образуется в высоколегированных хромистых сталях при высоком содержании хрома (выше 5— 8%).
...
В зависимости от характера легирования атомы металла могут содержать два или несколько элементов. Так, в высокохромистых сталях содержание железа в карбиде может повышаться до 35%, т. е. часть атомов хрома замещается железом, при этом формула карбида будет Ре8Сг1
...
Железо широко замещает в этом карбиде хром, но так как размер атомов железа несколько меньше размера атомов хрома, то начиная с определенного момента (после замещения ~30%
...
Нитрид Сг1Я образуется в сталях с азотом (аустеиитные Нержавеющие), имеет г.ц.к решетку типа ЫаС1, аналогичную решетке нитридов IV и V групп и соответственно подобные им свойства.
...
Карбиды железа относятся к наименее стойким по сравнению с карбидами легирующих элементов. Основным карбидом железа является цементит РезС, промежуточным карбидом в сталях е-карбид, а в некоторых высокоуглеродистых сплавах т|- и %-карбиды.
...
Цементит РезС является основной структурной составляющей стали, образующейся при перлитном превращении, в процессе бейнитного распада, при отпуске мартенсита и других процессах. Цементит имеет сложную ромбическую решетку, элементарная ячейка которой содержит 96 атомов (Ре—72, С—24). Для структуры цементита характерна плотная упаковка атомов железа с расположенными в междоузлиях атомами углерода, по этому признаку структура может быть охарактеризована как близкая к структуре аустенита. Поэтому между РезС и 7
...
Атомы железа в цементите могут замещаться атомами некоторых легирующих элементов. Так, неограниченно растворим в цементите марганец, при этом карбид будет иметь формулу (Fe, Мп)3С. Неограниченная растворимость марганца в цементите объясняется тем, что марганец образует карбид МщС, подобный резС. Растворимость хрома в цементите составляет около 20 %•
...
Образование цементита прн распаде мартенсита (прн содержании в последнем более 0,2 % С) часто происходит через промежуточный карбид железа, например e-карбид. Его химическая формула однозначно не установлена (Fe2-3C).
...
Карбиды марганца Мп23С6, Мп7Сз, Мп3С, как самостоятельные, в сталях практически никогда не образуются, так как нх состав и кристаллические решетки подобны соответствующим карбидам хрома и железа, и они образуют с ними комплексный карбид, в состав которого входит марганец, например: (Fe, Сг, Мп)23Сб, (Fe, Сг, Мп)7С3, (Fe, Мп)3С.
...
Карбиды кобальта и никеля могут быть приготовлены лишь как синтетические соединения, они весьма неустойчивы, поэтому в стали никогда не встречаются; в сталях кобальт и никель относят к некарбн-дообразующим элементам.
...
Нитриды железа образуются в стали прн легировании ее азотом, а также они могут выделяться в процессе старения обычной стали, содержащей лишь остаточный азот (обычно до 0,008—0,01 %). В стали могут образовываться в основном два типа нитридов — Fe4N (у'-фаза) и FeI6Ni_2 (а"-фаза) *.
...
* Кроме указанных нитридов, в системе железо—азот могут образовываться нитриды Fe2N (g-фаза) и Fe3N (e-фаза). Как правило, они образуются при высоких содержаниях азота [соответственно 7,7 и 11,3%
...
Образование цементита прн распаде мартенсита (прн содержании в последнем более 0,2 % С) часто происходит через промежуточный карбид железа, например e-карбид. Его химическая формула однозначно не установлена (Fe
...
Азотистый аустенит (у—К) имеет г. ц. к. решетку, атомы азота в которой распределяются в центре куба неупорядоченно вплоть до 12 % (ат.), что соответствует занятию примерно половины центров всех элементарных решеток. Прн медленном охлаждении из него может выделяться нитрид Ре4Ы(у'). имеющий аналогичную с аустеннтом г. ц. к
...
структуру, но в которой атомы азота расположены упорядочение Азотистый мартенсит (а'—N), образованный прн закалке из аустенитного состояния, имеет структуру, подобную закаленной углеродистой стали, т. е. структура представляет объемиоцентрированную тетрагональную решетку. Атомы азота расположены в ней упорядоченно на гранях тетрагональности. Прн отпуске такого мартенсита образуется нитрид Fei6Ni-2
...
Нитриды марганца подобны нитридам железа. Нитрид алюминия — одни нз наиболее стойких нитридов в стали. Алюминий относится к непереходным металлам и его нитрид нельзя относить к фазам внедрения. Нитрид A1N имеет искаженную гексагональную решетку типа вюрцнта и с другими нитридами не дает комплексных соединений в стали.
...
Введение алюминия в азотистую сталь предпочтительнее. По сравнению с другими нитридами нитрид алюминия будет образовываться до тех пор, пока для этих целей будет достаточно в стали алюминия.
...
Схема образования указанных нитридов и их кристаллическая структура представлены на рнс. 33.
...
Фазы, образующиеся в результате взаимодействия основного компонента сплава с легирующими элементами или легирующих элементов между собой, называются и н т е р -металлическими
...
В настоящее время в сплавах обнаружено примерно 1300 интерметаллических соединений, которые кристаллизуются в 200 типов структур.
...
Отличительным признаков интерметаллических соединений является наличие у них новой кристаллической решетки, отличной от решеток, составляющих фазу компонентов. *
...
Важно отметить, что структура, устойчивость, температурные и концентрационные области существования ин-терметаллидов определяются совокупным действием электронной структуры, электрохимического и размерного факторов.
...
Интерметаллиды оказывают определяющее влияние на упрочнение в аустенитных и мартенситностареющих сталях, многих жаропрочных сплавах на никелевой и кобальтовой основах, а также на свойства жаростойких защитных покрытий. В ряде жаропрочных сплавов содержание интерметаллических фаз может достигать 55—65 %.
...
В перечисленных материалах различают следующие группы интерметаллических соединений: электронные соединения, сг-фазы, фазы Лавеса, геометрически плотноупа-кованные фазы.
...
ной кубической решеткой. К ним относятся, например, алюминиды переходных металлов — FeAl, CoAl и NiAl и сплавы на их основе. Перечисленные интерметаллиды обладают металлическими свойствами, однако участие d-электронов в межатомной связи предопределяет появление ковалентной составляющей.
...
Свойства интерметаллидов этого типа можно проиллюстрировать на примере моноалюминида никеля и твердых растворов на его основе. Моноалюминид никеля NiAl характеризуется высокой температурой плавления (1638°С), большой теплотой образования, высокой энергией упорядочения. Кристаллы обладают сильной анизотропией свойств н весьма хрупки. Никельалюмнниевые ß-сплавы обладают высокими характеристиками прочности при повышенных температурах (до 900— 1000°С), высокой стойкостью против окисления и газовой коррозии, малой диффузионной подвижностью атомов в решетке, обеспечивающей стабильность структуры до высоких температур. Эти свойства позволяют использовать эти соединения в качестве жаропрочных и жаростойких материалов и покрытий.
...
В промышленных сталях и сплавах, которые являются сложноле-гнрованными многокомпонентными системами, ннтерметаллнческие соединения, особенно однотипные, могут образовывать широкие области твердых растворов, свойства которых могут значительно изменяться. Так, в сплавах Fe—Ni—AI имеется широкая область гомогенных ß-фаз между двойными соединениями Fe—AI н NiAl.
...
При увеличении в электронных соединениях содержания многовалентного элемента происходит изменение симметрии решетки: при концентрации электронов на атом 21/13 образуется структура ■у-латунн, содержащая 27 деформированных о. ц. к. ячеек, а при концентрации 7/4
...
ст-фазы и родственные им соединения образуются переходными металлами и имеют тетрагональные или сложные ромбоэдрические элементарные ячейки, структура которых характеризуется наличием плотноупакованных слоев атомов, смещенных по отношению друг к другу и расположенных на относительно больших расстояниях. Такие фазы и родственные им соединения иногда называют топологически плотноупакованными.
...
Впервые а-фаза типа FeCr была обнаружена в желе-зохромистых сплавах как хрупкая составляющая. Она имеет тетрагональную решетку с элементарной ячейкой из 30 атомов, аналогичную решетке урана.
...
Как для электронных соединений, так и для а-фаз невозможно установить определенный состав, поэтому существование этих фаз обычно связывают с определенными значениями электронной концентрации. Расчеты электрон-
...
Свойства интерметаллидов этого типа можно проиллюстрировать на примере моноалюминида никеля и твердых растворов на его основе. Моноалюминид никеля NiAl характеризуется высокой температурой плавления (1638°С), большой теплотой образования, высокой энергией упорядочения. Кристаллы обладают сильной анизотропией свойств н весьма хрупки. Никельалюмнниевые ß-сплавы обладают высокими характеристиками прочности при повышенных температурах (до 900— 1000°С), высокой стойкостью против окисления и газовой коррозии, малой диффузионной подвижностью атомов в решетке, обеспечивающей стабильность структуры до высоких температур. Эти свойства позволяют использовать эти соединения в качестве жаропрочных и жаростойких материалов и покрытий.
...
Кинетика образования а-фаз обычно описывается С-об-разной кривой (рис. 34), положение которой определяется составом сплава и его предысторией (литое или деформированное состояние, режим предварительной термической обработки, напряженное состояние и т. д.).
...
тельная прочность, так как большие количества тугоплавких элементов-упрочнителей выводятся из матрицы сплава. Кроме того, разрушение при повышенных температурах происходит предпочтительно вдоль границ а-фазы, которые служат источниками зарождения и распространения трещин, ведущих к хрупкому разрушению.
...
тронной концентрацией, т. е. отношением числа валентных электронов к числу атомов в ячейке. К ним относятся: ц-,
...
Рнс. 34. Изотермическая диаграмма образования о-фазы в жаропрочном сплаве на никелевой основе (Ч. Снмс):
...
смотря на главную роль размерного фактора при образовании фаз Лавеса, важное значение в их стабильности играет электронная концентрация, которая определяет, какая из возможных структур образуется, а также каковы размеры их областей гомогенности, хотя последние, как правило, незначительны.
...
Более того, во многих теплостойких и жаропрочных сплавах удается использовать фазы Лавеса для упрочнения без существенного снижения вязкости и хрупкой прочности.
...
Выделение этих фаз представляет собой одно из наиболее благоприятных явлений, так как оно позволяет достигать значительного упрочнения, стабильного при высоких температурах без заметного охрупчивания сплавов.
...
носта с повышением температуры в широком интервале температур: для нелегированной фазы до 800 °С, а для легированной — еще выше (рис. 36).
...
Многие интерметаллические соединения обладают высокими характеристиками прочности, коррозионной стойкости, жаропрочности, износостойкости. В последнее время на их основе разрабатываются материалы для новых отраслей техники.
...
носта с повышением температуры в широком интервале температур: для нелегированной фазы до 800 °С, а для легированной — еще выше (рис. 36).
...

Сварка пластмасс ультразвуком
Основы сварочного дела
Газовая сварка и резка металлов
Специальные стали
Трансформаторы для электродуговой сварки
Механические свойства металлов
Сварочный аппарат своими руками

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Специальные стали