2. Влияние элементов на полиморфизм железа

Все элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал существования его аллотропических модификаций, т. е. сдвигают точки по температурной шкале.

Большинство элементов или повышают точку и снижают точку расширяя тем самым область существования - модификации (рис. 272, а), или понижают и повышают сужая область существования -модификации (рис. 272, б).

Рис. 272. Диаграммы состояния железо — легирующий элемент

Из схематических диаграмм состояния железо — легирующий элемент, приведенных на рис. 272, видно, что свыше определенного содержания марганца, никеля Или некоторых других элементов (рис. 272, а) -состояние существует как стабильное от комнатной температуры до температуры плавления. Такие сплавы на основе железа называются аустенитными. При содержании ванадия, молибдена, кремния и других элементов свыше определенного, предела устойчивым при всех температурах является -состояние (рис. 272,б).

Такие сплавы на основе железа называются ферритными. В отличие от других сплавов на основе железа аустенитные и ферритные сплавы не имеют превращений при нагреве и охлаждении.

Рассмотрим некоторые реальные диаграммы состояний железо—легирующий элемент.

Система железо—никель (рис. 278)

Никель имеет гранецентрированную решетку с параметром, близким к Это обеспечивает образование непрерывного ряда твердых растворов между и никелем.

Никель повышает точку и при наступает нонвариантное равновесие . Никель понижает точку и температуры превращения при нагреве и охлаждении фактически настолько сильно отличаются, что для практического использования диаграммы целесообразно указывать отдельно температурный интервал превращения при охлаждении и при нагреве Поэтому, если взять, например, сплав с при то при охлаждении он будет иметь практически стабильную -фазу, при нагреве при тех же температурах — практически стабильную -фазу. Поскольку никель резко понижает то при и более температура превращения снижается до и ниже.

Рис. 273. Система

При этих температурах диффузия никеля сильно заторможена и обратное а -превращение тоже происходит по мартенситному (бездиффузионному) механизму.

В сплавах, богатых никелем, может образоваться упорядоченный твердый раствор с содержанием Температура упорядочения (точка Курнакова) для сплава с точным соотношением равна

Система железо—марганец (рис. 274).

Марганец имеет четыре аллотропические формы: а (стабильное существование до имеет тетрагональную гранецентрированную решетку с параметрами близкими к параметру Поэтому образуют непрерывный ряд твердых растворов (неограниченная растворимость). Наличие четырех модификаций у марганца приводит в сплавах, богатых марганцем к различным фазовым превращениям; диаграмма состояния сплавов, богатых железом менее аналогична диаграмме состояния

Марганец интенсивно снижает температуру превращения при и более начало превращения опускается до 700° и ниже. Поскольку для обычного а превращения требуется диффузия обоих компонентов и так как диффузионная подвижность марганца, как и других элементов, образующих твердые растворы замещения мала, то ниже т. е. при содержании более практически

реализуется у а превращение по мартенситному типу. Метастабильная диаграмма системы т. е. когда превращения происходят по мартенситному механизму, приводятся на диаграмме (рис. 275) (для сплавов с требуется быстрое охлаждение).

Рис. 274. Система

Рис. 275. Диаграмма сплавов а — метастабильная (мартенситная); светлые точки — начало превращения, черные точки — конец; М — прямое (при охлаждении), А — обратное (при нагревании); б — количественное соотношение -фаз

В сплавах при определенных» содержаниях марганца может существовать особая модификация твердого раствора, имеющая гексагональную плотноупакованную решетку (обозначаемую через в), существующую совместно с V твердым раствором и даже с V- и -твердыми растворами (рис. 275).

В соответствии с диаграммой состояния в сплавах могут иметь место такие превращения: в сплавах — обычное мартенситное -превращение,

при нагревании — обратное а - -превращение по мартенситной реакции. В сплавах, содержащих превращение идет по другой мартенситной реакции (обратный переход причем в сплавах с -мартенсит превращается (частично) в -мартенсит при дальнейшем охлаждении.

Термической обработкой и пластической деформацией можно изменять количество а, у и фаз. Максимальное количество (без деформации) -фазы образуется в чистых сплавах при содержании примерно (рис. 275, б).

Система железо—хром (рис. 276)

Хром имеет одну модификацию, которая кристаллизуется в объемноцентрированной решетке изоморфной Хром понижает обе точки аллотропического превращения железа, но так как точка снижается быстрее, чем то в конце концов обе точки сливаются, область замыкается при

Рис. 276. Система

Рис. 277. Система

Вблизи соотношения образуется неустойчивое химическое соединение обозначаемое обычно как -фаза. Верхняя температура существования этого соединения равна

Система железо—молибден (рис. 277)

Молибден имеет кубическую объемно-центрированную решетку, однако атомные размеры молибдена иные, чем у хрома и железа, поэтому молибден образует с -железом не неограниченные (как хром), а ограниченные твердые растворы.

Рис. 278. Система

Растворимость молибдена в составляет при максимальная растворимость 26% (при Молибден повышает точку и понижает выклинивая полностью эту область при

Система железо—кремний (рис. 278)

Кремний имеет решетку алмаза. Растворимость кремния в железе при составляет около 15%. Кремний, повышая снижает и полностью выклинивает у-область Следовательно, ферритными являются все сплавы, содержащие более (практически более

Кремний образует с железом ряд соединений — силицидов, условное обозначение их (греческими буквами) указано на диаграмме.