- •Вступ. Значення легованих сталей у сучасній техніці і промисловості
- •1. Легуючі елементи і домішки
- •1.1.Легування, мікролегування і модифікування
- •1.2 Маркірування сталей
- •1.3 Класифікація легуючих елементів по впливу на α- і γ-області
- •1.3.1. Легуючі елементи, що розширюють γ-область
- •1.3.2. Легуючі елементи, що звужують γ-область
- •1.4. Вплив легуючих елементів на критичні крапки сталі
- •1.4.1 Вплив на температуру евтектоідного перетворення
- •1.4.2 Вплив на концентрацію вуглецю в крапках s і e
- •2. Фази в легованих сталях
- •2.1. Карбідна фаза в легованій сталі
- •2.1.1. Умови карбидоутворення
- •2.1.2. Кількісний склад карбідної фази
- •2.1.3 Розчинні і нерозчинні карбіди
- •2.1.4 Дисперсійне твердіння
- •2.1.5 Вплив надлишкових карбідів
- •2.2. Тверді розчини в легованих сталях
- •2.2.1. Взаємна розчинність компонентів у сталі
- •2.2.2. Тверді розчини заміщення
- •2.2.3. Тверді розчини впровадження
- •2.3. Структура і властивості легованого фериту
- •2.4. Структура і властивості легованого аустеніту
- •2.4.1 Легування стабільного аустеніту
- •2.4.2. Легування метастабільного аустеніту
- •2.5 Термодинамічна активність вуглецю в залізі
2.2.3. Тверді розчини впровадження
Тверді розчини впровадження утворюють елементи з малими атомними радіусами (В, С, N, О, Н). Ці тверді розчини є частним випадком фаз упровадження поряд з карбідами, нітридами, боридами і т.д.
Тверді розчини впровадження завжди обмежені, тому що атоми впровадження займають вакантні межвузлія в гратах заліза. Межвузліє повинно бути менше, ніж розмір атома впровадження для створення міцного міжатомного зв'язку, але і не занадто малим для виключення ослаблення зв'язку між атомами розчинника.
Тверді розчини впровадження, як і усі фази впровадження утворюються при виконанні правила Хегга:
<0,59
де — радіус атома впровадження;
- радіус атома металу-розчинника.
Особливий інтерес представляє бор, відношення радіуса атома якого до радіуса атома заліза дорівнює 0,68, тобто не виконується ні умова Юм-Розері для розчинів заміщення, ні умова Хегга для розчинів упровадження. Тому вважається, що атоми бора впроваджуються в трати по дефектах (вакансіям, дислокаціям, границям і т.д.).
2.3. Структура і властивості легованого фериту
Ферит - одна з основних фаз у багатьох легованих сталях. Наприклад, у конструкційних сталях його частка складає близько 95%.
Легований ферит є багатокомпонентним твердим розчином заміщення і впровадження легуючих елементів у а-залізі.
Зміцнення фериту при легуванні може бути оцінене як адитивний внесок зміцнюючого впливу кожного елемента. При одночасному легуванні а-заліза атомами декількох елементів, їхній вплив може бути просумовано:
∆ =Σ ,
де - коефіцієнт зміцнення, дорівнює приростові а, при розчиненні 1% (по масі) і-легуючого елемента;
- концентрація і-елемента у фериті.
Значення приведені в таблиці.
Елемент |
С+N |
Р |
Si |
Ті |
Аl |
Сu |
Мn |
Сr |
Ni |
Мо |
V |
|
4670 |
690 |
85 |
80 |
60 |
40 |
35 |
30 |
30 |
10 |
3 |
Міцність фериту сильно залежить від діаметра зерна. Ця залежність визначається співвідношенням Холла-Петча:
де - напруга тертя або ат під час відсутності границь зерен (монокристал);
- коефіцієнт, що характеризує внесок зерен у зміцнення.
Залежність можна представити графічно (фіг. 14).
Фіг. 14. Залежність міцності фериту від діаметра зерна.
На графіку - відрізок на осі при = 0 (d=∞), - tgα
Величина залежить від щільності дислокацій, наявності дісперсних часток, твердорозчинного зміцнення.
Значення Ку залежить від домішок упровадження, блокування дислокацій домішками, кута разорієнтировки границь. У більшості сталей Ку~ 0,5-0,7.
Таким чином, чим менше розмір зерна, тим вище міцність фериту.
Крім внутрішніх факторів на зміцнення фериту і стали впливають деформація, дисперсні виділення карбідів і нітридів, термічна обробка, форма перліту.
Деформаційне зміцнення зв'язане зі збільшенням щільності дислокацій і може бути розраховане як
=0,5G*b*
де в G - модуль пружності (для α-Fe дорівнює 8400 Н/мм );
b - вектор Бюргерса (Ь ~ 0,25 мм);
р - щільність дислокацій.
Дисперсійне зміцнення зв'язане з гальмуванням дислокацій дисперсними частками.
=(9,8* )ln 2λ,
де λ - середня відстань між частками, нм.
У термічно зміцненому стані зростає роль субзеренного зміцнення.
=
де - коефіцієнт, що характеризує внесок субграничних дислокацій ( =
1,5* 10-4 (Н/мм2)м);
- середній діаметр субзерен.
Так називане перлітне зміцнення пропорційне кількості перліту в структурі
сталі.
=2,4 П,
де П - об'ємна частка перліту, %.