Карбидообразующие легирующие элементы и типы образуемых карбидов

Элемент	Fe	Мn	Сr	Мо	W	Nb	V	Zr	Ti
Количество недостающих электронов на d-орбитали Химическая формула образуемых карбидов	4 Fe3C	5 Мn3С	6 Сr23С6 Сr7С3 Сr4С7	6 Мо2С	7 W2C W6c WC	7 NbC	7 VC	8 ZrC	8 TiC

От отношения зависит природа карбидной фазы легирующих элементов. Карбиды легирующих элементов можно разделить на две группы:

1) Карбиды железа, марганца, хрома, для которых , представляют собой типичные химические соединения Fе_зС, Мn₃С, Сr₄С₃, Сг₇С₃ и т. д. с определенным (зачастую весьма сложным, например, у карбидов хрома) строением кристаллической решетки. Эти карбиды существуют при стехиометрическом составе углерода и металла.

2) Карбиды Mo, W, Nb, V, Zr и Ti, для которых <0,59, представляют собой фазы внедрения, и имеют простой тип решетки.

При наличии в сплаве нескольких карбидообразующих элементов могут образоваться сложные карбиды, включающие несколько элементов например, (Fe, Мn)₃С, (Сr, Fe)₂₃C₆ и т. д.

Все карбиды отличаются высоким показателем твердости и высокой температурой плавления. Особенно это относится к карбидам второй группы (фазы внедрения). Так, твердость WC около НВ=1800 кГ/мм², для TiC НВ = 3000 кГ/мм², темературы плавления соответственно 3500 °С и 3200 ^СС.

Распределение легирующих элементов в фазах стали. Только в твердом растворе находятся элементы с достроенной d-элект-ронной орбиталью: Si, A1, Си, а также Ni и Со, степень недостройки (d-электронной орбитали атомов которых меньше, чем у железа (для Ni — 2, для Со — 3). Значительно сложнее распределение таких легирующих элементов как Мn, Mo, W, V, Ti, Zr, Cr, которые могут растворяться в железе и образовывать с углеродом карбиды. Еще сложнее установить в каких фазах находится легирующий элемент, если он может образовать карбиды разного состава (например Сr).

Ниже приводятся некоторые соображения, которыми можно руководствоваться, чтобы установить, в какой фазе находится легирующий элемент в стали. Для относительно простых по химическому составу сталей фазовый состав в равновесных условиях можно установить по диаграмме «состояния или их изотермическим сечениям. Для примера на рис. 87 приведены изотермические сечения при комнатной температуре систем Fe—Сr—С, Fe—W—С, Fe—Mo—С, по которым можно установить фазовый состав таких сталей в зависимости от содержания углерода и легирующего элемента в стали. Из этих диаграмм видно, что при относительно невысоких содержаниях легирующих элементов в сплаве (конструкционные стали) образуются карбиды типа (Me, Fe)₃C. Подобные фазы в стали образуют Сг, Мо, Мn, V, W, растворимость которых в цементите довольно велика. Растворимость Ti, Nb, Zr в цементите мала (0,1... 0,2%) и поэтому в структуре стали возможны наряду с карбидами типа (F, Ti)₃C, (Fe, Nb)₃C, (Fe, Zr)₃C также и самостоятельные карбиды этих элементов типа VC, TiC, ZrC, NbC. В высокоуглеродистых и высоколегированных сталях (инструментальные и специальные стали) возможны твердые растворы железа на базе карбидов легирующих элементов другого состава, а также самостоятельные карбиды типа VC, TiC, ZrC, NbC.

№ 28. Из каких фаз состоит структура стали состава 1,5% С и 12% Сr, см. рис. 87, а?

Ответ: 1) a+Fe,₃C, с. 218; 2) a+(Fe, Сr)₃С, с. 219; 3) а+ (Fe, Cr)₃C ++ (Fe, Cr)₇C₃, с. 216.

Решение вопроса о фазовом составе сложнолегированных сталей с большим количеством углерода и различных по характеру легирующих элементов может быть выполнено только на основе фазового анализа. Так, например, в состав фаз быстрорежущей стали входят -твердый раствор; карбиды типа Мc₆С, Ме₂₃С₆, МеС, Ме₃С Ме₂С.

Таблица 6 на с. 244 показывает распределение легирующих элементов в фазах термически обработанных конструкционных сталей.