9. Легирующие элементы в сплавах железо-углерод

Легирующие элементы – металлы или неметаллы, специально вводимые в сплавы системы железо-углерод с целью изменения структуры и свойств спла­ва. Стали системы Fe-C-ЛЭ (легирующие элементы) называются легированны­ми.

рующих элементов к углероду они подразделяются на: карбидообразующие – Fe, Cr, Mn, Mo, W, V, Nb, Ti, Zr, Ta – переходные металлы с недо­строенной d – оболочкой, стойкость карбида возрастает от Fe к Ta;

некарбидообразующие – Cu, Ni, Co, Si, Al и др.

По влиянию на диаграмму же­лезо-углерод легирующие эле­менты подразделяются:

- элементы, расширяющие γ об­ ласть;

- элементы, сужающие γ об­ ласть.

Расширение или с ужение γ об­ласти связано с влиянием леги­рующих элементов на тем пер а-туры критичес ких то ч е к A₁, А₃.

49

По влиянию легирующих элементов положение кри­тических точек они подразделяются на две группы:

_т

_т

П ер в а я группа элементов – Ni, Mn, Co, Pt, C, N, Cu – расши­ряющая область γ тв ер д о г о рас­твора.

Легирующий элемент повыша­ет точку А₄ и понижает точку А₃.

Сплавы, имеющие концентра­цию легирующего элемента больше точки х, не испытывают ос —» у превращения и имеют структуру твердого раствора у при любом температуре. Это аустенитообразующие элемен­ты.

Вторая группа – элементы Cr, Si, Al, W, V, Mo, Ti, Sn, Sb, Be – сужающие γ и расширяющие α-область, понижают то ч к у А₄ и повышают то ч к у А₃.

Пр и концентрации то ч к и y значение то ч ек А₃ – А₄ сливаются в одну, и во всех сплавах концентрации больше у при любой Т⁰ структура легированно­го α раствора. Это ферритообразую-щие элементы.

50

>

Диаграммы состояния Fe – легирующий эле­мент, показывающие влияние легирования на положение критичес ких то ч е к стали.

ft ra to jo w so бй 10 bq so too

—*- H i j % (ло массе)

точка А₃ снижается, А₄ - повышается

51

Л егирующие элементы интенсивно смещают точку А₁ изменяя температуру ос^у превращения, и ме­няют количество углерода в эвтектоиде (точки Р, S, Е на диаграмме), а также влияют на фазовые превращения при нагреве и охлаждении.

В лияние легирования на поло­жение точки А1 - линия PSK диаграммы.

Карбидообразующие элементы (V, Ti, W, Mo и др.) повышают температуру точки А₁ темпера­туру ос^у перехода. Некарбидообразующие элемен­ты понижают температуру А₁ особенно Ni и Мп. Сг до 12-13 % слабо влияет на точку А₁ а при содержа­нии >14 % резко повышает температуру точки А1.

Влияние легирования на содержание углерода в эвтектоиде (точка S диа­граммы смещается в область меньшего содержания углерода).

Некарбидообразующие элементы - Ni, Со, Si уменьшают % углерода в эвтек­тоиде, смещая линию ES вправо; Мо, W при небольшом количестве также смещают S вправо. Наиболее сильное влияние оказывают сильные карбидо-образователи - Ti, Nb, V, Та. Они рез­ко снижают % С в эвтектоиде.

52

ВОПР ОСЫ ПО ТЕМЕ

99. Что называют легирующим элементом?

100. Как подразделяются легирующие элементы:

• по отношению к железу;

• по отношению к углероду?

101. Какое влияние оказывает Ni и Mn на положение критических то ч е к А₃, А₄?

102. Какие легирующие элементы сужают область γ и расширяют область α, как они называются?

103. Как влияют карбидообразующие элементы на положение точек S и Е диа­граммы Fe-Fe₃C?

104. Как влияет легирование на положение критической точк и А₁ и количество углерода в эвтектоиде?

105. Что та к о е легированная сталь?

106. Как влияют Сr, W, V на положение критичес ких то ч е к в стали?

107. Что так о е аустенитообразующие элементы?

53