20. Вплив легуючих елементів на структуру та фізико-механічні властивості сталей.

Легуючі елементи в сталі можуть знаходитись в твердому розчині в залі­зі (фериті і аустеніті) та в карбідній фазі.

Елементи, які не утворюють карбідів в сталі (ні, сі, Со), знаходяться в ній в твердому розчині — фериті або аустеніті. Карбідоутворюючі елементи (Мп, Сг, XV, V, Мо, Ті) теж здатні частково розчинятись в аустеніті та фериті. При розчиненні у фериті проходить заміщення атомів заліза атомами легую­чого елемента.

Легуючі елементи по-різному впливають на механічні властивості фери­ту. Мп та Сі, значно підвищують твердість, одночасно понижують в'язкість фериту. XV та Мо незначною мірою підвищують твердість, але знижують в'язкість фериту. Сг зменшує в'язкість значно слабше перелічених елементів, а Кі не знижує в'язкості фериту. Важливе значення має вплив елементів на поріг холодноломкості, що характеризує схильність сталі до крихкого руйну­вання. Присутність хрому в залізі сприяє деякому підвищенню порога холод­ноломкості, тоді як нікель інтенсивно знижує поріг холодноломкості, і тим самим зменшує схильність заліза до крихких руйнувань.

Таким чином, з перерахованих найбільш розповсюджених легуючих елементів особливо цінним являється нікель. Надаючи достатньої міцності фериту, нікель не знижує його в'язкості і понижає поріг холодноломкості, тоді як інші елементи хоч і не знижають в'язкості, та надають малої міцності фериту (Сг), або сильно зміцнюють ферит, різко знижають його в'язкість (Мп,8і).

По ефективності карбідоутворення елементи можна розташувати таким чином: титан, ванадій, вольфрам, молібден, хром, марганець, залізо.

В процесі утворення карбіду, вуглець віддає свої валентні електрони на заповнення сі-електронної оболонки метала. Це обумовлює міцний металіч­ний зв'язок та металічні властивості карбідів.

При наявності в сталі деяких легуючих елементів вуглець утворює кар­біди в першу чергу з елементами, які мають менш добудовану сі-електронну оболонку.

При невеликому вмісті карбідоутворюючі елементи розчиняються в це­ментиті з утворенням легованого цементиту по загальній формулі (Ре, Ме)₃С, де Ме — легуючий елемент. Наприклад, якщо в цементиті розчинений Мп, утворюється карбід (Ре, Мп)₃С, якщо розчинений Сг, то утворюється карбід (Ре, Сг)₃С.

При збільшенні вмісту карбідоутворюючого елементу з'являються само­стійні карбіди даного елементу з вуглецем, спеціальні карбіди, наприклад Сг₇С₃, Мо₂С, ЩС, УС, ТіС.

Карбіди всіх легуючих елементів містять в розчині залізо, а при наявно­сті кількох карбідоутворюючих елементів містять в розчині ці елементи і тоді їх називають складними карбідами, наприклад, (Сг, Ре)₇С₃, (Сг, Ре)₂₃С₆, (Сг, Мп, Ре)₂₃С₆

Вольфрам і молібден при кількості, яка перевищує межу насичення це­ментиту, утворюють подвійні карбіди Ре₃\¥₃С(Ре₂\¥₂С) та Ре₃Мо₃С(Ре₂Мо₂С).

Карбіди легуючих елементів мають більш високу твердість, ніж карбід заліза Ре₃С. Так, твердість \УС біля НВ 1800кгс/мм², для ТіС НВ 3000кгс/мм², температури плавлення їх відповідно 3500 та 3200 °С.