2.1.5 Вплив надлишкових карбідів

Надлишкові карбіди (нерозчинні при нагріванні до високих температур) значно, часто на кілька порядків крупніше, ніж розчинні, що особливо виділилися з мартенситу при відпустці.

Тому що вони не розчиняються при нагріванні під загартування, то їхні розміри, форма і розподіл по об’єму зберігаються після термообробки такими ж, якими вони були після кристалізації і пластичної деформації. Оскільки вони не змінюють склад твердого розчину, те їхня роль у сталі менша й інша, чим розчинних карбідів.

Впливати на ці карбіди термічною обробкою можна лише шляхом гомогенізації (для литих і мало деформованих сталей).

Нерозчинні карбіди перешкоджають росту зерна при нагріванні стали слабкіше, ніж розчинні. Вони можуть підвищувати зносостійкість і міцність стали, перешкоджаючи її пластичної течі.

Але в будь-якому випадку дисперсійне твердіння, зміцнення, стримування росту зерна в легованих сталях відбувається в основному за рахунок вторинних розчинних карбідів.

2.2. Тверді розчини в легованих сталях

2.2.1. Взаємна розчинність компонентів у сталі

У сталях можливі три випадки розчинності:

- компоненти практично не розчиняються друг у друзі; при цьому утворюється гетерогенна суміш компонентів зі своїми кристалічними гратами (наприклад, РЬ, S, Zr, Gf, Та, Ві у залізі);

- компоненти необмежено розчиняються друг у друзі; при цьому утворюються загальні кристалічні грати - безперервний твердий розчин (наприклад, Fe-Cr, Fe-V, Fe- Mn, Fe-Ni, Fe-Со); можливе утворення у твердому розчині проміжних інтерметалідних з'єднань;

- компоненти обмежено розчинні друг у друзі; утворюється обмежений твердий розчин із гратами розчинника; величина розчинності різна для кожної системи.

У більшості систем на основі заліза утворяться обмежені тверді розчини. У свою чергу вони поділяються на:

- розчини із широкою областю гомогеності (більше 2% розчинених легуючих елементів у залізі);

- розчини з вузькою областю гомогеності (0,2-2% розчинених елементів у залізі).

2.2.2. Тверді розчини заміщення

Утворення твердих розчинів підкоряється законові Юм-Розері.

Відповідно до цього закону, основними умовами утворення розчинів заміщення є:

• ізоморфізм (однотипність грат компонентів);

• співвідношення атомних розмірів компонентів (±8% - для необмежених розчинів і ±15% - для обмежених твердих розчинів);

• близька електронна структура, тобто відносне розташування компонентів у періодичній системі Менделєєва.

Відповідно до першої умови Юм-Розери тверді розчини заміщення з залізом утворять:

• Ni, Co, Мn - безперервні розчини на основі γ-Fе;

• Cr, V - безперервні розчини на основі α-Fе.

У відповідності з другою умовою:

-Ni, Co, Mn мають відношення = 0,92-1,08 і утворюють необмежені тверді розчини;

• Мо, W мають відношення = 0,89-1,11 і утворюють обмежені тверді розчини;

• Ті, Nb, Та мають радіуси на межі розмірного фактора й утворюють обмежені розчини з вузькою областю гомогеності або практично не розчинні в залізі.

Відповідно до третьої умови Юм-Розері найбільшу розчинність у залізі мають найбільш близькі до нього елементи V-VІІІ груп з малим розходженням у будівлі зовнішніх d- і s-електронних оболонок. Тому що електронна будівля атома визначає атомний радіус, то ця умова перегукується з другою умовою (розмірним фактором).