Микроструктурный анализ легированных СТАЛЕЙ
Цель работы:изучить микроструктуры легированных сталей; установить взаимосвязь между структурой сплава и его свойствами.
Введение
Легированными сталями называются стали, содержащие в своем составе, кроме железа и углерода, специально введенные элементы, которые способны изменить ее строение, а следовательно, и свойства. Для легирования стали наиболее часто применяют хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, ванадий, молибден, титан и др.
Все элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал существования его аллотропических (полиморфных) модификаций, т. е. сдвигают точки А3 и А4 по температурной шкале.
К первой группе легирующих элементов, которые повышают точку А4 и снижают точку А3, расширяя тем самым область существования g-модификации железа (рис. 1, а) и сужая область существования a-модификации относят: Mn, Ni, Со, Pt.
Ко второй группе элементов, которые понижают А4 и повышают А3, сужая область существования g-модификации железа и расширяя область существования a-модификации, относятся: Cr, W, Mo, V, Si, Al, Ti, Be, Sn, Sb (рис. 1, б)
 |
Легирующие элементы Ni и Mn, смещают линии PSK, GS и SE диаграммы Fe – Fe3C в сторону более низких температур, а элементы
Рисунок 1 – Влияние легирующих элементов на полиморфизм железа
Cr, Mo, W, V, Si, Ti смещают эти же линии в сторону более высоких температур.
Легирующие элементы оказывают значительное влияние на эвтектоидную концентрацию углерода (точка S диаграммы состояния Fe–Fe3C) и предельную растворимость углерода в g-железе (точка Е). Такие элементы, как Ni, Co, Si, W, Mo, Cr, Mn, сдвигают точки S и Е влево, в сторону меньшего содержания углерода, а V, Ti, Nb наоборот – смещают их вправо, т.е. повышают концентрацию углерода в эвтектоиде. Например, при содержании в стали 5 % Cr, концентрация углерода в эвтектоиде (точка S) снижается с 0,81 % до 0,5 %, а предельная растворимость углерода в аустените (точка E) – с 2,14 % до 1,3 %. При 10 % Cr – точке S будет соответствовать 0,25 ¸ 0,3 % С, а точке Е – 0,1 % С.
|
|
|
Характеристика фазовых составляющих
Легированных сталей
В промышленных легированных сталях, которые являются многокомпонентными системами, легирующие элементы могут находиться:
а) в форме раствора в железе;
б) в карбидной фазе – в виде раствора в цементите или в виде самостоятельных соединений с углеродом – специальных карбидов;
в) в форме интерметаллических соединений с железом или между собой.
Таким образом, легирующие элементы преимущественно растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов (феррит, аустенит, цементит) или образуют специальные карбиды.
Легированный феррит – твердый раствор легирующих элементов в a-железе (ОЦК – решетка). Легированный феррит отличается от обычного феррита тем, что в нем атомы железа в кристаллической решетке объемно-центрированного куба частично замещены атомами легирующего элемента, что приводит к искажению решетки и как следствие, к изменению свойств – повышению прочности, твердости и снижению пластичности феррита (рис. 2). По микроструктуре легированный феррит ничем не отличается от обычного феррита, т.е. представляет собой однородные зерна с четкими очертаниями межфазовых границ.
|
|
|
 |
Легированный аустенит – твердый раствор легирующих элементов в решетке g-железа (ГЦК – решетка), он может устойчиво существовать при высоких температурах, а в высоколегированных сталях даже при комнатной температуре. Легированный аустенит характеризуется повышенной прочностью при нормальных и повышенных температурах, обладает низким пределом текучести при сравнительно высоком пределе прочности, он – парамагнитен. Аустенит легко наклепывается, т. е. сильно упрочняется под действием холодной пластической деформации. В микроструктуре легированных сталей аустенит представляет собой светлые однородные зерна с видимыми очертаниями границ, иногда с наличием линий сдвига или двойников.
|
|
|
а б
а) твердость, б) ударная вязкость
Рисунок 2 – Влияние легирующих элементов на свойства
феррита
Легированный цементит – твердый раствор легирующих элементов в цементите железа. Легированный цементит отличается от цементита железа тем, что в нем атомы железа в октаэдрической решетке цементита частично замещены атомами легирующего элемента, например, Mn, Cr, W и Mo (при малом их содержании в стали). Пример: (Fe, Mn)3C, (Fe, Cr)3C.
Легированный цементит более тверд и дисперсен, чем нелегированный. При рассмотрении под микроскопом после обычного стандартного травления он ничем не отличается от цементита железа.
Карбидная фаза в легированных сталях. По отношению к углероду все легирующие элементы подразделяют на две группы:
I. Графитизирующие элементы: Si, Ni, Cu, Аl (находятся в твердом растворе).
II. Карбидообразующие элементы. Их можно расположить по возрастающей степени сродства к углероду и устойчивости карбидных фаз, следующим образом:
Fe ® Mn ®Cr ® Mo ® W ® Nb ® V ® Zr ® Ti.
Специальные карбиды – соединение легирующих элементов с углеродом. Карбиды, образующиеся в легированных сталях, можно разделить на две группы.
|
|
|
К первой группе относятся карбиды типа М3С, М7С3, М23С6 и М6С (М4С), имеющие сложные кристаллические решетки. Карбиды типа М3С, М23С6 сравнительно легко растворяются в решетке аустенита при нагреве, а остальные относятся к труднорастворимым. Специальные карбиды всех легирующих элементов содержат в своем составе железо, а при наличии нескольких карбидообразующих элементов – и эти элементы. Примеры карбидов: Cr23C6, Cr7C3, Fe3W3C, Fe3Mo3C, (Fe, Mn)3C, (Fe, Cr)3C, (Cr, Fe)7C, (Cr, Mn, Fe)23C6 и др.
Ко второй группе относятся карбиды типа МС, M2C (фазы внедрения): VC, TiC, NbC, TaC, WC, W2C, Mo2C, имеющие простую кристаллическую решетку и труднорастворимые в аустените при нагреве. Для растворения таких карбидов, как TiC, NbC сталь необходимо нагреть до очень высоких температур, примерно 1300 0С.
Твердость специальных карбидов обычно выше твердости цементита (> 800 – 900 HV). По микроструктуре они слабо отличаются от цементита, а для выявления вида этих карбидов применяют специальные реактивы и методы травления. Специальные карбиды обычно более дисперсны, чем цементит. Некоторые из них имеют специфическую внешнюю форму, например, карбид титана имеет форму кубиков.
Интерметаллические соединения. При высоком содержании легирующие элементы образуют с железом или друг с другом интерметаллические соединения. Примеры соединений: Fe7Mo6, Fe7W6, Fe3Nb2, Fe3Ti, Fe3CrMo, Ni3Ti, Ni3Al, Co2Ti и др.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 772; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!