Влияние легирующих элементов на свойства феррита

В конструкционных сталях феррит является основной структурой составляющей. Поэтому от свойств феррита во многом зависят свойства стали в целом. Чем больше разница в атомных размерах железа и легирующего элемента, тем больше искажение кристаллической решетки, тем выше твердость, прочность, но ниже пластичность и особенно вязкость феррита.

Рисунок 5.3. Влияние легирующих элементов на механические свойства сталей

На рисунке 5.3 показано влияние основных легирующих элементов на изменение свойств феррита. Из графиков следует, что все элементы повышают твердость феррита. При этом хром и особенно никель почти не уменьшают вязкость стали. Никель наиболее сильно снижает порог хладноломкости. Кроме того, никель, хром, марганец и некоторые другие элементы, хорошо растворимые в аустените, повышают его устойчивость при охлаждении, увеличивая прокаливаемость стали. Наиболее эффективно никель и хром увеличивают прокаливаемость стали при их одновременном введении в сталь, т. е. при так называемом комплексном легировании.

Карбиды в легированных сталях

Карбидообразующими легирующими элементами называют элементы, обладающие большим, чем железо, сродством к углероду. По возрастанию сродства к углероду и устойчивости карбидных фаз карбидообразующие элементы располагаются в следующий ряд: Fе-Мn-Сг-Мо-W-Nb-V-Zr-Ti. Чем устойчивее карбид, тем труднее он растворяется в аустените и выделяется при отпуске.

При введении сравнительно небольших количеств легирующего карбидообразующего элемента в сталь он сначала растворяется в цементите, замещая часть атомов железа, например (Fе, Мn)₃С. При этом образуется легированный цементит. С увеличением содержания легирующего элемента сверх предела растворимости образуются специальные карбиды типа Сr₇С₃, Мn₃С и др.

По строению кристаллической решетки карбиды бывают двух типов. К карбидам первой группы относятся поликарбиды Fe₃C, Мn₃С, Сr₇Сз, Сr₂₃С₆, имеющие сложные кристаллические решетки. Такие карбиды недостаточно прочны и при нагреве до высоких температур распадаются с образованием твердого раствора легирующих элементов в аустените.

Карбиды второй группы Мо₃С, WС, VС, TiС - монокарбиды - имеют простые кристаллические решетки, которые отличаются большой прочностью и не распадаются при нагреве. Все карбиды обладают высокой твердостью, но твердость карбидов второй группы несколько выше. С повышением дисперсности карбидов растет твердость и прочность стали.