Діаграма стану Fe - C нанесена на діаграми стану Fe3 C - Fe штриховими лініями. Її читання принципово не відрізняється від читання діаграми стану Fe - Fe3 C, але у всіх випадках зі сплавів випадає не цементит, а графіт. Залізовуглецеві сплави можуть кристалізуватися відповідно до діаграми Fe - З тільки при повільному охолодженні і наявності Графітізуючі добавок (Si, Ni та ін.).
Мал. 6.8.1. Діаграма стану системи Fe-Fe3 C (залізо-цементит)
Ріс.6.8.2. Діаграма стану системи Fe-C (залізо-графіт)
Мал. 6.8.3. Схема освіти і зростання зерен перліту
I - аустеніт; II - утворення зародка Fe3C на кордоні зерна аустеніту;
III - IV V VI
6.8.3. Вплив легуючих елементів на
Рівноважну структуру сталей
Леговані стали. містять добавки інших елементів, крім Fe, З і постійних домішок, широко використовують в машинобудуванні. Як легуючі найбільш часто використовують Cr, Ni, Mn, Si, Mo, W, V, Ti, Nb, рідше - Co, Al, Cu, B і деякі інші.
Майже всі легуючі елементи змінюють температури поліморфних перетворень заліза, евтектоїдной і евтектичною реакцій, впливають на розчинність вуглецю в аустеніт.
Так, наприклад, відомо, що при tº = 20-25ºC стабільний феррит (Fe # 945;). У сплавах Fe c Ni, Mn, Co (ріс.6.8.3.1) # 947; - область відкривається, і з концентрацією добавки, відповідної точці B, ГЦК - решітка аустеніту (Fe # 947;) стає стійкою при 20-25ºС; такі сплави називаються аустенітних сталей.
Легуючі елементи Sr, Mo, W, V, Si, Ti розширюють температурний інтервал стійкості Fe # 945; і утворюються ферритні стали (однофазні сплави з ОЦК-гратами - тверді розчини на основі Fe # 945 ;.
З перерахованих елементів, що дають замкнену # 947; - область, тільки Sr і V не утворюють з Fe проміжних фаз, і тому, # 945; - область "відкривається" (рис. 6.8.3.2) - спостерігається необмежена розчинність цих елементів в Fe з ОЦК - гратами. Решта легуючі елементи, які замикають область, утворюють з Fe проміжні фази, тому при певних концентраціях легуючого елемента на діаграмах з'являється лінія, що обмежує розчинність, правіше якого розташовані трифазні області.
Таким чином, введення легуючих добавок в стали призводить до утворення однофазних структур - Fe # 945; або Fe # 947; .
Карбіди і нітриди в легованих сталях
До карбидообразующих відносяться перехідні метали з недобудованої d-електронної оболонкою. Чим менше електронів на оболонці, тим більше спорідненість до вуглецю.
У сталях карбидообразующих є: Fe, Cr, Mn, Mo, W, V, Ti, Nb (в порядку зростання їх карбидообразующих здатності).
При введенні в сталь карбидообразующих елемента в невеликій кількості (від десятих часток до 2%) освіти карбіду цього елемента найчастіше не відбувається. Утворюється легований цементит (Fe, Cr) 3 С або в загальному вигляді Ме3 С.
Сильні карбідообразователі Мо, W, V, Nb, Ti утворюють з вуглецем фази впровадження найчастіше формули МеС.
Фази впровадження відрізняються дуже високою тугоплавкостью, практично не розчинні в аустеніт. Внаслідок нерастворимости фаз впровадження відбувається збіднення аустеніту вуглецем при легуванні стали сильними карбідообразователямі.
Аналогічні освіти спостерігаються в сталях при достатній кількості азоту, ці фази називаються нитридами.
Питання для самоконтролю
- Як побудувати рівноважну діаграму стану сплавів?
- Що таке лінія солидус?
- Що таке лінія ликвидус?
- Чим принципово відрізняється процес отримання рівноважного сплаву від нерівноважного?
- Чому при швидкому охолодженні виникає сегрегація?
- Які фази виникають в сплавах при кристалізації?
- З чим пов'язана змінна розчинність компонента А в компоненті В?
- Що таке явище поліморфізму?
- Сформулюйте правило концентрацій і правило відрізків.
- Як прочитати діаграму стану?
- Що таке Коноді?
- Як називається суміш двох твердих фаз, що виходять одночасно з рідкої фази?
- Що таке евтектоід?
- Що таке перітектіка?
- Що таке евтектика?
- Що таке ледебурит і перліт?
- Що таке аустенітні стали? Феритні стали?
- Як утворюються карбіди і нітриди в легованих сталях?
ТЕМА 7. ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ ДЕФОРМОВАНИХ
МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ
Деформацією називається зміна розмірів і форми тіла під дією зовнішніх зусиль. Пружні деформації зникають, а пластичні залишаються після закінчення дії прикладених сил. В основі пружних деформацій лежать оборотні зміщення атомів металів від положення рівноваги. В основі пластичних - незворотні переміщення атомів на значні відстані від вихідних положень рівноваги.
Здатність металів пластично деформуватися називаються пластичністю. При пластичній деформації металу одночасно змінюється ряд властивостей, зокрема, при холодному деформуванні підвищується міцність.
7.1. Механізм пластичного деформування
Пластична деформація в кристалі здійснюється шляхом зсуву однієї його частини щодо іншої.
Є два різновиди зсуву: ковзання і двійникування. Роль двойникования зростає, якщо утруднено ковзання. Воно, в порівнянні з ковзанням, має другорядне значення.
Ковзання розвивається по площинах і напрямах, на яких площину атомів максимальна. Площина ковзання разом з напрямком ковзання, що належить цій площині, утворюють систему ковзання.
Число систем ковзання не однаково в металах з різним типом кристалічних решіток:
- у металів з ГЦК гратами - 12 еквівалентних систем ковзання.
- у металів з ОЦК гратами - 48 систем ковзання.
- у металів з ДП гратами при с / а ≥ 1,63 ковзання розвивається по площині базису, в якій знаходяться 3 еквівалентних напрямки. Ці метали менш пластичні, ніж метали з ОЦК і ГЦК гратами.
Збільшення кількості систем ковзання супроводжується підвищенням здатності металу до пластичного деформації. Так, у Zr і Ti при с / а <1,63 скольжение идет по плоскостям базиса, пирамидальным и призматическим плоскостям. Эти металлы более пластичны, чем Zn и Mg.
Елементарний акт зсуву - це зміщення однієї частини кристала щодо іншої на відстань, що дорівнює періоду решітки (рис 7.1.1, 7.1.2):
# 964; кр - критичне дотичне напруження (теоретична міцність кристала), G - модуль пружності при зсуві.
У реальних кристалах для зсуву на одне міжатомна відстань потрібна напруга близько 10 -4 G, тобто в 1000 разів менше теоретичного значення. Низька міцність реальних кристалів викликана їх структурним недосконалістю.
Пластичне деформування в реальних кристалах здійснюється шляхом послідовного переміщення дислокацій. Перенесення маси при цьому не відбувається. Переміщаючись кожен раз на величину вектора Бюргерса - одне міжатомна відстань, дислокація, в кінці кінців, вийде на поверхню кристала і тут з'явиться сходинка, яка дорівнює вектору Бюргерса. Ця сходинка (її висота) буде збільшуватися, тому що в площині ковзання рухаються десятки і сотні дислокацій. Сходинка, видима під мікроскопом, називається лінією ковзання.