Влияние легирующих элементов на критические точки стали

1.2.10. Влияние легирующих элементов на критические точки стали

Легирующие элементы значительно влияют на критические точки в сталях. В частности, они могут интенсивно смещать точку Ас₁ в стали. Подобное влияние легирующих элементов связано с двумя факторами.

Как известно, критическая температура Ас₁ в углеродистой стали отвечает превращению эвтектоидной смеси перлита a+Fе₃С в аустенит путем фазового перехода a®g, диссоциации карбида и растворения углерода в g-железе. С одной стороны, легирующие элементы изменяют температуру a®g -превращения для феррита, входящего в состав эвтектоида (перлита), и, с другой стороны, влияют на температуру диссоциации эвтектоидных карбидов и последующего растворения углерода и легирующих элементов в g-железе.

Как правило, карбидообразующие элементы повышают температуру диссоциации карбидов, и если при этом они также повышают температуру a®g-превращения, то влияние их на точку Ас₁ особенно сильно (рис. 1.17).

Некарбидообразующие элементы, растворяясь в цементите, несколько понижают температуру диссоциации карбида. При этом никель и марганец понижают температуру a®g-перехода и, следовательно, снижают точку Ас₁. Своеобразно влияние хрома на точку Ас₁. Хром до 12—13% сравнительно слабо повышает точку Ас₁, а при содержании его более 14 % наблюдается резкое повышение температуры Ас₁. Подобное влияние объясняется тем, что при содержании до 12-13 % хром понижает температуру a®g-перехода, и наблюдаемое при этом содержании хрома повышение точки Ас₁ обусловлено более сильным влиянием повышенных температур диссоциации эвтектоидных карбидов.

Закономерности влияния элементов на критические точки в основном сохраняются и в сталях, содержащих одновременно несколько легирующих элементов.

Легирующие элементы значительно влияют и на положение эвтектоидной точки S и предельную концентрацию углерода в аустените (точку Е). Некарбидообразующие элементы (Ni, Co, Si), растворяясь в феррите и замещая часть атомов железа в его решетке, тем самым уменьшают содержание железа в эвтектоиде и смещают точку S в сторону меньших содержаний углерода (рис. 1.18). Аналогично влияют и карбидообразующие элементы, которые в большом количестве растворяются в феррите, карбиды которых участвуют в образовании эвтектоида (например, Мn и Сr). Такие элементы, как Мо и W, сначала уменьшают, а затем увеличивают содержание углерода в эвтектоиде. Имеются сведения, что сильные карбидообразующие элементы Тi, Nb и V, незначительно растворяющиеся в феррите и образующие стойкие карбиды, которые не участвуют в образовании эвтектоида, уменьшают количество эвтектоида в стали и увеличивают содержание углерода в эвтектоиде, т.е. смещают точку S в сторону больших концентраций углерода. В то же время, если Тi, Nb и V растворены в аустените, то они снижают содержание углерода в эвтектоиде (см. рис. 1.18).

Под влиянием легирующих элементов доэвтектоидная сталь может стать эвтектоидной. Например, сталь 20 доэвтектоидная, а сталь 20Х13, легированная хромом, смещающим эвтектоидную точку «S» в сторону меньшего содержания углерода, становится эвтектоидной.

Большинство легирующих элементов понижает предел растворимости углерода в g-железе и, следовательно, смещает точку Е на диаграмме Fе-Fе₃С в сторону меньших концентраций углерода. Наиболее существенно смещают точку Е вольфрам, кремний, хром. Марганец практически не влияет на положение точки Е.

При легировании стали в достаточном количестве хромом, кремнием, вольфрамом, ванадием, титаном в структуре стали появляется ледебурит, тогда как в углеродистых сталях он отсутствует (он есть только в белых чугунах). Например, в стали легированной 10-11 % Cr, ледебурит появляется в структуре при содержании углерода около 1 %. Таким образом, в связи с тем, что под действием легирования точка Е смещается на диаграмме Fe-FE₃C в сторону меньшего содержания углерода, появляется новый класс сталей – ледебуритный. Ледебуритные стали содержат ³ 0,8 % С и обязательно большое количество карбидообразующих элементов (W, Cr, Vo, V). Например, стали ледебуритного класса Х12М, Р18, Р6М5.