1.3 Класифікація легуючих елементів по впливу на α- і γ-області
Легуючі елементи при введенні їх у сталь можуть:
утворювати з залізом тверді розчини;
розчинятися в цементиті, заміщаючи атоми заліза в гратах цементиту, тобто утворювати так називаний легований цементит або спеціальні карбіди типу (Fе,Ме)хСу або МехСуу залежності від спорідненості елемента до вуглецю;
утворювати при високому змісті інтерметалідні з'єднання з залізом, наприклад
,
FeCr,
FeV.
Всі елементи, за винятком вуглецю, азоту, водню і почасти боре, утворяють із залізом тверді розчини заміщення. Бор частково заміщає атоми заліза, а частково є впроваджений у фати α-Fe.
Для утворення безперервних твердих розчинів заміщення необхідне дотримання ряду умов, з яких одними з основних є:
близькість електронної будівлі їхніх атомів, що визначається розташуванням цих елементів в одній або в сусідніх групах періодичної системи Менделєєва;
мале розходження (< 15%) розмірів їхніх атомів;
ізоморфність грат елементів стосовно α- або γ-Fe.
Розчиняючись
в залізі, елементи впливають на температури
фазових перетворень у сплаві і положення
крапок
і
,
що визначають область існування α-Fe
і γ-Fe.
При аналізі цього впливу треба враховувати спорідненість введених легуючих елементів до вуглецю. По ступені цієї спорідненості легуючі елементи розділяють на карбідоутворюючі і некарбідоутворюючі. До числа карбідоутворюючих відносяться Mn, Cr, W, Mo, Ta, Nb, V, Zr, Ti, причому здатність до утворення карбідів і стійкість останніх у зазначеному ряді зростає ліворуч праворуч. До числа некарбідоутворюючих відносяться: Cu, Ni, Co, Si, А1.
На характері впливу легуючих елементів на критичні крапки заснована класифікація легуючих елементів по Ф.Веферу. Відповідно до цієї класифікації, всі легуючі елементи можна розділити на дві великі групи, кожна з яких у свою чергу поділяється на дві підгрупи.
1.3.1. Легуючі елементи, що розширюють γ-область
У цю групу входять вуглець і азот, що утворюють тверді розчини впровадження, а також утворюючі тверді розчини заміщення Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au.
Зі збільшенням змісту легуючого елемента в залізі лінії і розходяться, утворюючи т.зв. відкриту область γ-розчину. Як видно з фіг. 1, температура крапки зростає до лінії солідус, а крапки - знижується до кімнатної температури. Отже, сплави з концентрацією легуючого елемента вище крапки А не мають при охолодженні фазового перетворення γ → α і при всіх температурах являють собою розчин легуючого елемента в γ-Fe.
Зазначена ситуація спостерігається, зокрема, на реальних діаграмах бінарних систем Fe - Ni, Fe - Co і Fe - Mn (фіг. 2). На двох перших діаграмах видні області утворення упорядкованих фаз, а на останньої, так само як і на другий - області поліморфних перетворень кобальту і марганцю відповідно. Така відкрита γ-область відзначається і на діаграмах стану заліза з металами платинової групи. При такому положенні у-області в зазначених системах є інтервал концентрацій, при яких не відзначається α ↔ γ перетворення і сплави при всіх температурах будуть аустенітними.
Підвищення
температури крапки
і зниження крапки
спостерігається й у тому випадку, коли
область γ-фази
обмежена присутністю іншої фази,
наприклад карбіду
в сплаві Fe-C
або нітриду в сплаві Fe-N.
Таку діаграму називають діаграмою з
розширеною γ-областю
(фіг.З). Вона
характерна для сплавів Fе-С, Fе-Ni, Fe-Cu
Фіг.2. Діаграми стану сплавів Fe – Ni (a), Fe – Co(б) Fe – Mn (в)
Фіг.3. Діаграма стану сплавів з розширеною γ – областю
Розширення γ–область в сплавах заліза типу твердих розчинів упровадження звязано з більш повною розчинністю, тобто з зайнятість пір у гратах металу атомами неметалів; у спавах заліза типу твердих розчинів заміщення цей ефект спостерігается в тому випадку, коли теплота розчинення одного атомного відсотка компонента в γ–фазі менше, ніж у α–фазі. У зворотнему випадку буде спостерігатися звуження γ–області.