Карбиды и нитриды металлов VI группы
Карбиды и нитриды металлов VI группы
Переходые металлы этой группы (Cr, Мо, W) образуют по 2-3 карбида с различной сложной кристаллической структурой. Хром в зависимости от содержания его в стали может образовывать несколько карбидов. При содержании в стали менее 3 % хром образует карбид цементитного типа (Fe,Cr)3C со сложной ромбической решеткой. От цементита он отличается тем, что часть атомов хрома в решетке несколько повышает температуру растворения карбида и затрудняет его коагуляцию, но основные характеристики близки к характеристикам цементита. При содержании стали 3-4 % хрома может образовываться карбид (Fe,Cr)7C3 со сложной гексагональной кристаллической решеткой с 80 атомами на одну элементарную ячейку (56 атомов металла и 24 атома углерода).
В сталях этот карбид может содержать от 30 до 50 % Сr, т.е. его формула должна быть в пределах Fе4Сr3С3 и Fe2Cr5C3. Обычно такой карбид обозначают (Fe,Cr)7C3 или Ме7С3.
Карбид Сr23С6 образуется в высоколегированных хромистых сталях при высоком содержании хрома (выше 5...8 %). Он имеет сложную г.ц.к. решетку, элементарная ячейка которой содержит 116 атомов, в том числе металла 92 атома и углерода 24. В сталях этот карбид в чистом виде не встречается, а часть атомов металла в нем будет замещаться элементами, входящими в состав стали (Fe, Mo, W), тогда карбид можно записать в сложной форме (Fe,Cr,Mo,W)23C6. При отпуске карбиды хрома могут усложняться даже при малом содержании хрома: (Fe,Cr)3С®(Fe,Cr)7C3®(Fe,Cr)23C6 по мере диффузии хрома в карбид. При этом изменяется кристаллическая решетка карбида и свойства. Такой процесс образования карбидов называется «на месте». В карбиде (Fe,Cr)3С может содержаться до 20 % хрома.
Нитрид CrN образуется в сталях с азотом (аустенитные нержавеющие), имеет г.ц.к. решетку типа NaCl, аналогичную решетке нитридов IV и V групп и соответственно подобные им свойства.
Вольфрам и молибден в небольшом количестве могут растворяться в цементите, замещая атомы железа. Растворимость молибдена и вольфрама в цементите мала, так как более крупные по сравнению с хромом атомы этих элементов способны лишь к неустойчивому замещению атомов железа. Чаще всего эти элементы образуют свои карбиды МоС, Мо2С, WC, W2C, а также могут входить в комплексный карбид Ме6С (η-карбид), который имеет сложную растянутую гранецентированную кубическую решетку, элементарная ячейка которой содержит 112 атомов, из них 96 атомов металла и 16 углерода. Обычно η-карбид образуется в высоколегированных быстрорежущих сталях с высоким содержанием молибдена и вольфрама. В сложнолегированных сталях атомы металла могут замещаться различными легирующими элементами (Me-W, Mo, Cr, Mn, Fe, Co и др.), поэтому они чаще обозначаются как Ме6С, а в более конкретных случаях, например,
(W, Mo, Fe)6C.
Карбиды WC и МоС и карбиды W2C и Мо2С имеют соответственно простую и плотноупакованную гексагональные решетки. Область гомогенности этих карбидов невелика, они могут взаимно растворяться. Особо важное значение эти карбиды имеют в быстрорежущих сталях.
Вольфрам и молибден образуют нитриды W2N и Mo2N.
