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 а_т 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 К_у залежить від домішок упровадження, блокування дислокацій домішками, кута разорієнтировки границь. У більшості сталей К_у~ 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, %.