3.4. Влияние легирующих элементов на равновесную структуру сталей

В современном машино- и приборостроении широкое применение находят стали, в которых помимо железа,

углерода и постоянных примесей содержатся специально вводимые добавки других элементов, чаще всего металлов. Эти добавки принято называть легирующими элементами, а стали, соответственно, легированными сталями.

В качестве легирующих наиболее часто используют следующие элементы: Cr, Ni, Mn, Si, Mo, W, V, Ti, Со, Nb. Реже используются А1, Си, В и некоторые другие.

Почти все легирующие элементы изменяют температуры полиморфных превращений железа, температуру эвтектоидной и эвтектической реакций и влияют на растворимость углерода в аустените. Некоторые легирующие элементы способны так же, как и железо, взаимодействовать с углеродом, образуя карбиды, а также взаимодействовать друг с другом или с железом, образуя промежуточные фазы - интерметаллиды.

Принято температуры равновесных превращений, совершающихся в железе и сталях в твердом состоянии, обозначать буквой А с соответствующим индексом. Температуры фазового равновесия указаны на диаграмме состояния поэтому обозначения связаны с линиями этой диаграммы (см. рис. 3.12).

Эвтектоидную температуру (линия ) обозначают температуру магнитного превращения (линия температуру линии температуру полиморфного превращения (линия ), температуру линии

Вследствие гистерезиса температуры превращений при нагреве всегда выше соответствующих температур при охлаждении, поэтому введена дополнительная индексация: при нагреве-индекс с, при охлаждении-индекс Магнитное превращение не имеет гистерезиса.

По влиянию на температуры легирующие элементы можно разбить на две группы. Равновесные температуры для чистого железа равны соответственно 911 и . В интервале указанных температур устойчива модификация с ГЦК решеткой.

В первую группу входят элементы, которые понижают температуру и повышают температуру . К ним относятся и др.

В сплавах железа с никелем, марганцем и кобальтом у-область «открывается», т. е. в определенном интервале температур существует неограниченная растворимость компонентов друг в друге в твердом состоянии-твердые растворы с ГЦК решеткой. При этом температура при определенной концентрации добавки понижается ниже нуля. На рис. 3.20 показан участок диаграммы -легирующий элемент с открытой у-областью. В сплавах с концентрацией добавки, равной или превышающей концентрацию, соответствующую точке решетка устойчива при температуре такие сплавы называют аустенитными сталями. Таким образом, аустенитом называют не только твердый раствор углерода в но и любые твердые растворы на основе

Во вторую группу входят элементы, которые повышают температуру

Рис. 3.20. Диаграмма состояния железо— легирующий элемент с открытой у-областью (схема)

Рис. 3.21. Диаграмма состояния железо — легирующий элемент с замкнутой у-областью: а — открытая а-область; б - закрытая а-область (схема)

и понижают температуру . В этом случае температурный интервал устойчивости аустенита уменьшается и, соответственно, расширяется температурный интервал устойчивости Таких легирующих элементов большинство: и др.

Все перечисленные элементы образуют с железом диаграмму с «замкнутой» у-областью (рис. 3.21). Концентрация, соответствующая точке с, для большинства элементов невелика (до 1-1,5%), и лишь для хрома аустенитная область простирается до 12% (рис. 3.22).

Из перечисленных элементов, дающих замкнутую у-область, только хром и ванадий не образуют с железом промежуточных фаз, и поэтому а-область «открывается»: наблюдается неограниченная растворимость этих элементов в железе с ОЦК решеткой (см. рис. 3.21, а). Остальные легирующие элементы, замыкающие область, образуют с железом промежуточные фазы, поэтому при определенных концентрациях добавки на диаграммах появляется линия, ограничивающая растворимость, правее которой расположены двухфазные области (см. рис. 3.21, б).

Однофазные сплавы с ОЦК решеткой, устойчивой при всех температурах вплоть до солидуса, называют ферритными сталями. Таким образом, ферритом называют не только твердый раствор углерода в но и любые твердые растворы на основе

При добавлении в сплав углерода точка с (см. рис. 3.21, б) чаще всего сдвигается в сторону большей концентрации добавки.