1.Влияние легирующих элементов на аллотропические превращения в железе.

^{а — элементы, расширяющие область существования γ-фазы (аустенита); 6 — элементы, расширяющие область а-фазы (феррита)}

^{Все элементы, за исключением углерода, азота, водорода и отчасти бора 1, образуют с железом твердые растворы замещения. Растворяясь в железе, они влияют на положение точек А}₃ ^{и А}₄^{, определяющих температурную область существования α- и γ-железа.}

^{— элементы, расширяющие область существования γ-фазы (аустенита)- Mn.Ni.Co.Cu.C.N.). При содержании легирующего элемента, большем, чем (۰n) сплавы при всех температурах состоят из твердого раствора легирующего элемента в γ -железе. Такие сплавы называют аустенитными}

^{— элементы, расширяющие об­ласть а-фазы (феррита)- Cr, W, Mo, V, Si и др. понижают точку А}₄^{, и повышают точку А}₃^{. При содержании легирующего элемента, большем, чем (точка m), сплавы при всех температурах состоят из твердого раствора легирующего элемента в α-железе. Такие сплавы называют ферритными, а сплавы, имеющие лишь частичное превращение γ →}_← ^{а, — полуферритными.}

Влияние легирующих элементов на карбидную фазу.

^{По отношению к углероду легирующие элементы делятся на:}

1. ^{графитизирующие -элементы: кремний, никель, медь и алюминий (эти элементы находятся в твердом растворе);}

2. ^{карбидообразующие элементы; они расположены по возрастающей степени сродства к углероду и устойчивости карбидных фаз так:}

^{Fe → Mn → Cr → Mo → W → Nb → V → Zr → Ti}

^{При малом содержании в стали таких карбидообразующих элементов, как Мn, Cr, W и Мо, они растворяются в цементите, замещая в нем атомы железа. В этом случае состав цементита может быть выражен формулой (Fе}₃^{М) С, где М — легирующий элемент}

^{При повышенном содержании хрома, вольфрама, молибдена в зависимости от содержания углерода в стали могут образовываться специальные карбиды.}

^{Специальные карбиды способны растворять атомы железа и других металлических элементов.}

^{Карбиды типа М}₃^{С, М}₇^С₃^{, М}₂₃^С₆ ^{и М}₆^{С сравнительно легко растворяются в аустените при нагреве.}

^{Карбиды типа МС (VС, NbС, ТiC и др.), за исключением VС, в реальных условиях нагрева стали почти не растворяются в аустените.}

^{Чем дисперснее частицы карбидов в стали, тем выше ее прочность и твердость, так как частицы этих фаз повышают сопротивление пластической деформации.}

^{При высоком содержании легирующие элементы образуют с железом или один с другим интерметаллические соединения, например Fе}₇^Мо₆^{, Fе}₃^{Тi, Fе}₃^Nb₂^{, FeV, FеСr (σ-фаза) и др.}

^{Влияние легирующих элементов на фазовые превращения в стали.}

^{1) Влияние легирующих элементов на положение точки А}₁^{(эвтектоидную температуру) и содержание углерода в эвтектоиде.}

^{Элементы, расширяющие область существования γ-фазы (аустенита)- Mn.Ni.Co.Cu.C.N.-снижают точку А}₁

^{Э лементы, расширяющие об­ласть а-фазы (феррита)- Cr, W, Mo, V, Si и др.-повышают точку А}₁

^{Легирующие элементы , сдвигают точки S и Е влево, в сторону меньшего содержания углерода}

^{2) Влияние легирующих элементов на изотермический распад аустенита.}

^{Все легирующие элементы, за исключением кобальта замедляют распад переохлажденного аустепнта, увеличивают устойчивость аустенита. Кобальт является единственным элементом, ускоряющим распад аустенита. Легирующие элементы по влиянию на изотермический распад аустенита можно разделить на две группы.}

^{К элементам первой группы относятся никель, кремний, медь, алюминий (некарбидообразующие элементы) и марганец. Под влиянием этих элементов устойчивость переохлажденного аустепита увеличивается, но С-образные кривые не изменяют своей формы Чем больше содержание легирующего элемента, тем дальше вправо удалены С-образные кривые от вертикальной оси диаграммы.}

^{Кобальт также относится к элементам первой группы, но он уменьшает устойчивость переохлажденного аустенита и на диаграмме С-образные кривые смещаются влево, т. е. слияние кобальта противоположно влиянию всех других элементов первой группы.}

^{К элементам второй группы откосятся хром, вольфрам, молибден, ванадий и другие карбидообразующие элементы (за исключением марганца). Эти элементы, увеличивая устойчивость переохлажденного аустенита, существенно изменяют вид диаграмм изотермического распада. Линии диаграмм смещаются вправо и становятся как бы двойными С-образными кривыми}

^{3)Влияние легирующих элементов на критическую скорость закалки и прокаливаемость стали}

^{Критическая скорость закалки и прокаливаемость непосредственно связаны с устойчивостью переохлажденого аустенита.Все элементы за исключением Со снижают критическую скорость закалки. В связи с этим легированную сталь при закалке можно охлаждать медленнее, чем углеродистую, не в воде, а в масле, некоторые стали даже на воздухе.}

^{Меньшая критическая скорость закалки, обеспечивает более медленное охлаждение, чем вода, уменьшаются внутренние (закалочные) напряжения, вызывающие коробление и даже растрескивание деталей. дает легированным сталям преимущества по сравнению с углеродистыми.}

^{Повышение устойчивости переохлажденного аустенита и уменьшение критической скорости закалки приводят к увеличению прокаливаемости стали. Наиболее сильно повышает лпрокаливаемость марганец, хром, никель, кобальт. При легировании стали несколькими элементами прокаливаеыость может быть увеличена наиболее значительно.}

^{Бор, увеличивают прокаливаемость при его содержании в стали 0,002—0,006 %., , тогда как при большем содержании подобного их действия не наблюдается.}

^{4)Влияние легирующих элементов на мартенеитное превращение и количество остаточного аустенита.}

^{Т ипичной структурой закаленной стали является мартенсит и некоторое количество остаточного аустенита. Легирующие элементы не изменяют характера мартенситного превращения (превращение аустенита в мартенсит нссит бездиффузионный характер), но существенно влияют на температурный интервал этого превращения.}

^{Большинство легирующих элементов (марганец, хром, никель, молибден и др.) понижают мартепситную точку М}_н^{, отдельные элементы (алюминий, кобальт) повышают Мн, а кремний не оказывает заметного влияния на положение этой точки.}

^{Изменение температурного интервала мартенситного превращения отражается на количестве остаточного аустенита, которое сохраняется в стали после закалки. Элементы, снижающие температурный интервал мартенситного превращения, способствуют увеличению количества остаточного аустенита в структуре закаленной стали . Если легирующий элемент снижает температуру начала мартенситного превращения до нуля (например, марганец при содержании 5 % и более), то в этом случае структура стали после закалки будет состоять только из аустенита.}

^{5)Влияние легирующих элементов на рост зерна аустенита при нагревании}

^{Все легирующие элементы, за исключением марганца и бора, при нагреве уменьшают склонность зерна аустенита к росту, поэтому легированные стали являются наследственно мелкозернистыми. Наиболее интенсивно в этом направлении действуют элементы, образующие с углеродом стойкие специальные карбиды (Ti, V Zr, Kb,). Алюминий, связанный в нитрид алюминия, также сильно тормозит рост зерна аустенита. Значительно повышают устойчивость зерен аустенита к росту карбндообразующие элементы; хром, молибден, вольфрам. Элементы, не образующие в стали карбидов, такие как никель, кобальт, медь, кремний слабо влияют на рост зерна аустенита}

^{6)Влияние легирующих элементов на превращения в стали при отпуске}

^{При отпуске происходит распад мартенсита и остаточного аустенита, зафиксированного закалкой. Легирующие элементы влияют на эти процессы.}

^{Большинство легирующих элементов замедляет распад мартенсита при отпуске. Элементы, не образующие карбидов (за исключением кремния), и марганец слабо влияют на распад мартенсита и практически не задерживают выделение из него углерода. Кремний сильно задерживает р аспад мартенсита, что отражается на изменении твердости (и других свойств стали) при отпуске (. Кремний повышает устойчивость стали против отпуска. Для получения одного и того же значения твердости сталь, более легированную кремнием, необходимо подвергать отпуску при более высокой температуре, чем сталь с малым содержанием кремния.}

^{Карбидообразующие легирующие элементы (Сг, Мо, W, V) сильно замедляют распад мартенсита при отпуске. Это объясняется тем, что указанные элементы тормозят карбидное превращение и особенно коагуляцию частиц карбидов, образовавшихся в результате распада мартенсита.}

^{На рис. представлены кривые измерения твердости стали с разным содержанием хрома (карбидообразющий элемент) в зависимости от температуры отпуска. При содержании в стали 2—4 % Сг устойчивость против отпуска повышается, но характер кривых остается тем же. В этом случае распад мартенсита происходит с образованием легированного цементита. Для зарождения частиц легированного цементита и их последующего укрупнения необходима диффузия не только углерода, но и легирующего элемента (хрома). Диффузия легирующих элементов протекает значительно медленнее, чем диффузия углерода.}

^{В связи с этим снижение твердости стали, легированной хромом, при отпуске замедляется.}

^{В стали с большим содержанием хрома (12 %) при отпуске образуются специальные карбиды хрома. Твердость такой стали почти не изменяется при повышении температуры отпуска до 400—450 °С.,при более450-500°С твердость повышается т.к. из А}_ост ^{выделяются карбиды хрома и А}_ост^→М

^{Отпускная хрупкость стали. После закалки и отпуска сталь может проявлять склонность к отпускной хрупкости, которая выражается в снижении ударной вязкости и повышении температуры перехода стали из вязкого в хрупкое состояние.}

^{Различают два рода отпускной хрупкости. Отпускная хрупкость I рода (необратимая отпускная хрупкость) обнаруживается после отпуска при температурах 250—350 "С. Если сталь, в которой проявляется отпускная хрупкость 1 рода, повтор­но отпустить при более высоких температурах (400— 500 °С), то отпускная хрупкость I рода устраняется и после дополнительного нагрева в опасном интервале температур не обнаруживается (отсюда название — необратимая). Отпускная хрупкость I рода возникает в связи с неравномерным распадом мартенсита внутри зерен и в приграничных зонах. Наиболее полно распад происходит по границам исходных аустенишых зерен (существовавших при нагреве под закалку). Это приводит к ослаблению границ и вызывает хрупкое межзеренпое разрушение. Отпускная хрупкость 1 рода проявляется как в углеродистых, так и в легированных сталях.}

^{Отпускная хрупкость II рода (обратимая отпускная хрупкость) наблюдается в сталях определенной легированности после отпуска при температурах выше 600 С и медленного охлаждения от этих температур (обычно на воздухе). После быстрого охлаждения (в воде) отпускная хрупкость II рода не проявляется.}

^{Отпускная хрупкость II рода можно устранить, если повторно подвергнуть сталь высокому отпуску (выше 600 °С) с последующим быстрым охлаждением. Она снова может возникнуть, если охлаждение при повторном высоком отпуске было медленным (отсюда название — обратимая).}

^{Склонными к отпускной хрупкости II рода являются стали, легированные хромом, никелем, марганцем. Склонность к отпускной хрупкости 11 рода уменьшается при легировании стали молибденом (0,2 -4- 0,4%) или вольфра­мом (0,6 ~ 1,2 %).}

^{7)Влияние легирующих элементов на свойства стали}

^{В сталях содержанием углерода (до 0,6 %) имеется большое количество феррита,поэтому свойства стали существенно зависят от свойств феррита. Прочность и твердость феррита больше всего повышаются при увеличении содержания в нем марганца и кремния и в меньшей степени никеля. Наиболее слабо на твердость феррита влияют Mo, W и Сг}

^{Хром в небольших количествах немного повышает ударную вязкость, а при дальнейшем увеличении содержания — снижает ее. Ударная вязкость феррита резко снижается под влиянием молибдена, вольфрама, марганца (более 1 %), кремния (более 0,5 %), но повышается при легировании никеля.}

^{Легирующие элементы повышают порог хладноломкости ,никель понижает порог хладноломкости при всех концентрациях.}

^{Феррит является основой сорбита —структуры, получаемой после закалки и высокого отпуска. Повышение прочностных свойств феррита вызывает повышение прочностных свойств сорбита легированных сталей.}

^{Легирующие элементы, увеличивая устойчивость переохлажденного аустепита и уменьшая критическую скорость закалки, позволяют получить при закалке мартенсит в менее резкоохлаждающих средах и увеличить прокаливаемость стали.}

^{Однако заметного влияния на твердость мартенсита легирующие элементы не оказывают. Твердость мартенсита зависит главным образом от содержания в нем углерода. Углерод, располагающийся в решетке, сильно искажают ее ,.а атомы легирующих элементов замещают атомы железа не создают в ней больших искажений,}

^{Улучшение механических свойств связано также с благоприятным влиянием легирующих элементов на прокаливаемость, измельчение зерна, замедление процессов, вызывающих разупрочнение стали при отпуске.}