4. Влияние легирующих элементов на феррит

Растворение легирующих элементов в происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов. Атомы легирующих элементов, отличаясь от атомов железа размерами и строением, создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода. Как показано на рис. 83, а, все элементы, растворяющие в феррите, изменяют параметры решетки феррита в тем большей степени, чем больше различаются атомные размеры железа и легирующего элемента.

Рис. 280. Влияние легирующих элементов на свойства феррита: а — твердость; б — ударная вязкость

Элементы с атомным радиусом, меньшим, чем у железа, уменьшают параметры решетки, а с большим — увеличивают 1 (никель является исключением).

Естественно, что изменение размеров -решетки вызывает и изменение свойств феррита — прочность повышается, а пластичность уменьшается.

На рис. 280 показаны изменения свойств феррита (твердость, ударная вязкость) при растворении в нем различных элементов. Как видно из диаграмм, хром, молибден, вольфрам упрочняют феррит меньше, чем никель, кремний и марганец. Молибден, вольфрам, а также марганец и кремний (при наличии более 1 %) снижают вязкость феррита. Хром уменьшает вязкость значительно слабее перечисленных элементов, а никель не снижает вязкости феррита

Важное значение имеет влияние элементов на порог хладноломкости, что характеризует склонность стали к хрупкому разрушению. Наличие хрома в железе способствует некоторому повышению порога хладноломкости, тогда как никель интенсивно снижает

порог хладноломкости, уменьшая тем самым склонность железа к хрупким разрушениям (рис. 281).

Таким образом, из перечисленных шести наиболее распространенных легирующих элементов особенно ценным является никель. Достаточно интенсивно упрочняя феррит, никель не снижает его вязкость и понижает порог хладноломкости, тогда как другие элементы, если и не снижают вязкости, то слабо упрочняют феррит (хром) либо, сильно упрочняя феррит, резко снижают его вязкость (марганец, кремний).

Приведенные на рис. 280 данные относятся к медленно охлажденным сплавам. Свойства феррита, содержащего в растворе кремний, молибден или вольфрам, практически не зависят от того, как охлаждался сплав — быстро или медленно, тогда как твердость феррита, легированного хромом, марганцем и никелем, после быстрого охлаждения оказывается более высокой, чем после медленного охлаждения.

Исследование причин упрочнения при быстром охлаждении легированного феррита в практически безуглеродистых сплавах показало, что это связано с образованием структуры мартенситного типа.

Рис. 281. Влияние легирующих элементов на порог хладноломкости железа

Рис. 282. Структура феррита в сплаве с а — полиэдрический феррит, медленное охлаждение, Х400: б — игольчатый феррит, очень быстрое охлаждение,

При медленном охлаждении получается полиэдрический феррит (рис. 282, а). При быстром охлаждении получается структура игольчатого типа — игольчатый феррит (рис. 282, б), по внешнему виду похожая на бейнит. Твердость игольчатого феррита на выше твердости полиэдрического феррита.