4. Карбідна фаза в легованих сталях

Усі легуючі елементи за відношенням до вуглецю можна розподілити на карбідотвірні та некарбідотвірні (графітизуючі).

Карбідотвірпі елементи розташовуються в періодичній системі лівіше заліза. Вони знаходяться в твердих розчинах (основі) і в карбідах. Некарбідотвірні елементи розташовуються в періодичній системі правіше заліза і утворюють в сталях тільки розчини з залізом. До них відносяться: Зі, N4, Со, Си, А1.

Чим більше спорідненість елемента з вуглецем, тим стійкіше карбід. Це залежить від числа електронів на б-оболонці. Карбідотвірні метали, як і залізо, відносяться до елементів перехідних груп, але мають менш добудовану сі-електрониу смугу. Вважають, що в процесі карбідотворення вуглець віддає свої електрони на заповнення сі-електрокної смуги атома металу, тоді як у металі валентні електрони утворюють металічний зв'язок, котрий обумовлює металічні властивості карбідів. Чим лівіше від заліза стоїть елемент в періодичній системі, тим більш стійкий карбід утворюється. За здібністю утворювати карбіди елементи розподіляються таким чином:

ТІ-2.Г-V -М> - Та -\У - Мо - Сг- Мп - Ге.

Можна відзначити, що найбільш стійкими будуть карбіди титану, а найменш - карбіди марганцю, який у присутності всіх елементів, починаючи з хрому, не буде утворювати самостійних карбідів.

Типи карбідів, що утворюються в сталях, залежать від вмісту вуглецю і легуючих елементів. При невеликій кількості таких карбі- дотвірних елементів, як Мп, Сг, Мо, \¥ вони розчиняються в цементиті; утворюється легований цементит, наприклад. (Ре,Мп)₃С; (Ре,Сг)₃С. Склад цементиту в такому разі може бути вказаний формулою: (Ре,М)₃С, де М - легуючий елемент.

Більш сильні карбідотвірні елементи (Ті, V, N5, 2г) практично не розчиняються в цементиті, і вони утворюють самостійні спеціальні карбіди.

При великій кількості таких легуючих елементів, як Сг, \¥, Мо, в залежності від вмісту вуглецю в сталі можуть утворюватися спеціальні карбіди. На рис. 240 показані ізотермічні перерізи (при

2

Рис. 240. Ізотермічні перерізи потрійних діаграм стану: а) Ре-Сг-С; б) Ре-Мо-С;

в) Ре-\У-С.

0°С) частини потрійних діаграм стану Ре-Сг-С; Ре-Мо-С; Ре-\У-С, в яких існують області з різними карбідними фазами. В системі Ре-Сг- С, якщо вміст хрому не перевищує 2%, утворюється легований цементит (Ре,Сг)₃С. Потім при підвищенні кількості хрому утворюється спеціальний карбід (Сг,Ре)₇С₃, а при кількості хрому приблизно 10-12% - карбід (Сг,Ре)₂₃С₆ (рис. 240,а). При введенні вольфраму і молібдену в сталь в кількості, яка перевищує границю насиченості цементиту цими елементами, утворюються складні карбіди: Ре₃Мо₃С (Ре₂Мо₂С) і Рез\У₃С (Ре₂\У₂С) (рис. 240, б, в).

Спеціальні карбіди здатні розчинювати залізо і інші металеві елементи. Такі карбіди мають складну кристалічну структуру і разом з цементитом відносяться до першої групи карбідів, які порівняно легко розчиняються в аустеніті під час нагрівання.

Друга група карбідів відноситься до фаз проникнення. Вони мають просту кристалічну решітку і кристалізуються із значним дефіцитом вуглецю. Це складні карбіди: УС, \УС, ТіС, ИЬС, \У₂С, Мо₂С. Фази проникнення важко розчиняються в аустеніті, а це означає, що під час нагрівання (отже дуже високому) вони не переходять в твердий розчин. Цим вони відрізняються від спеціальних карбідів. Ллє останні також мають велику твердість і достатньо стійкість проти розчинення в районі високих температур нагріву.

Прийнято слідуючі символи позначення карбідів різних типів: М₃С - карбіди цементитного типу; М₇С₃ і М₂₃С₆ - карбіди, які мають кристалічну решітку карбідів хрому; М₆С і М₄С - карбіди і решіткою, в якій атоми металу розташовані за типом карбідів вольфраму або молібдену; МС - карбіди за типом кубічної гранецентро- ваної решітки.

Під символом М передбачається сума металічних елементів, які входять до складу карбідів.