Закономерности образования твердых растворов внедрения.

Твердые растворы внедрения всегда являются ограниченными. Их образуют элементы с малыми атомными радиусами: B – 0,091 нм; C – 0,077 нм; N – 0,071 нм; O – 0,063 нм; H – 0,046 нм. Атомы внедрения располагаются в октаэдрических или тетраэдрических порах, размеры которых составляют для ОЦК решетки: 0,154R и 0,291R соответственно, для ГЦК решетки - 0,41R и 0,22R. (атомный радиус железа с ОЦК решеткой 0,127 нм, ГЦК – 0,123 нм)

Образование твердых растворов внедрения происходит в соответствии с условиями Хэгга:

1. Размер атома внедрения должен быть больше размера поры: R_поры<R_x, иначе не будет прочной связи между атомами растворителя и атомами внедрения; Выполнение этого условия приводит к значительной деформации решетки, а следовательно к тому, что значительное число пор не будет заполнено.

2. R_x/R_Me<0,59. Это соотношение выполняется для эффективных радиусов элементов, которые меняются в растворе (по сравнению со свободным атомом).

Железо и его свойства.

По степени чистоты железо делят на железо технической чистоты и железо высокой степени чистоты, к последнему относят материал с содержанием примесей 10^-4%. Чистота железа определяет его механические свойства.

Свойства легированного феррита.

Легированный феррит – многокомпонентный твердый раствор по типу замещения или внедрения легирующих элементов и примесей в -железе.

Основной вид упрочнения феррита – твердорастворное. При одновременном легировании феррита атомами нескольких легирующих элементов их вличние на упрочнение подчиняется правилу аддитивности:

,

Где - коэффициент упрочнения феррита, представляющий собой прирост предела текучести при растворении в нем 1%(по массе) i-того легирующего элемента; - концентрация i-того легирующего элемента, растворенного в феррите, % (по массе).

Элемент	C+N	P	Si	Ti	Al	Cu	Mn	Cr	Ni	Mo	V
, МПа/1%	4670	690	85	80	60	40	35	30	30	10	3

Прочность феррита сильно зависит от диаметра зерна d, что определяется соотношением Холла-Петча:

,

Где - напряжение трения решетки (предел текучести в отсутствии сопротивления со стороны границ); - коэффициент, характеризующий вклад границ в упрочнение.

Значение феррита зависит от твердорастворного упрочнения, дислокационной структуры, наличия дисперсных частиц, а - от наличия примесей внедрения, блокировки дислокаций примесями, типа границ. Для низкоуглеродистых сталей, феррита технической чистоты =0,57…0,73, а для железа высокой чистоты =0,16…0,19 МПа.

Любые факторы, приводящие к упрочнению феррита, приводят к его охрупчиванию.

Свойства легированного аустенита.

Легированный аустенит – многокомпонентный твердый раствор по типу замещения или внедрения легирующих элементов и примесей в γ-железе.

В специальных легированных сталях аустенит может быть основной структурной составляющей, в остальных сталях он является стабильной фазой при температурах выше А_С3.

Основными типами упрочнения аустенита являются твердорастворное и деформационное. Наибольший вклад в упрочнение легированного аустенита вносят элементы внедрения, особенно N и С, растворимость которых в аустените значительно выше, чем в феррите.

Значительно упрочняют аустенит также -стабилизаторы (W, Mo, V, Si), -стабилизаторы упрочняют аустенит незначительно.

В аустените эффективно деформационное упрочнение: предел текучести существенно повышается с повышением плотности дислокаций.

Структурное упрочнение также имеет место, однако степень структурного упрочнения аустенита существенно ниже, чем феррита ().