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合金元素與碳的相互作用

來(lái)源: | 作者:鼎言熱處理 | 發(fā)布時(shí)間: 2019-10-31 | 5526 次瀏覽 | 分享到:

按照合金元素與碳的相互作用情況,可將合金元素分為兩大類(lèi)
1.非碳化物形成元素
這類(lèi)元素包括Ni、Si、Co、A、Cu等,以溶入a-Fe或yFe中的形式存在,有的可形成非金屬夾雜物和金屬間化合物如A2O3、AN、SiO2、FeSi、Ni3A等。另外,Si的含量高時(shí),可能使?jié)B碳體分解,使碳游離,呈石墨狀態(tài)存在,即所謂石墨化作用。
2.碳化物形成元素
碳化物是鋼中的重要組成相之一,碳化物的類(lèi)型、數(shù)量、大小、形狀及分布對(duì)鋼的性能有極重要的影響。碳化物有高的硬度和脆性,并具有高熔點(diǎn)。從具有高硬度來(lái)看,這正是共價(jià)鍵化合物的特點(diǎn),所以,合金元素與碳之間可能存在共價(jià)鍵;但碳化物還具有正的電阻溫度系數(shù)以及低溫下的超導(dǎo)性,這表明它具有金屬的導(dǎo)電特性,故金屬原子間仍然保持著金屬鍵。因此,可以認(rèn)為碳化物具有混合鍵,它同時(shí)具有金屬鍵和共價(jià)鍵的特點(diǎn),但是總的來(lái)說(shuō)是以金屬鍵占優(yōu)勢(shì)。這一類(lèi)元素包括T、N、Zr、V、Mo、W、Cr、Mn等,它們中的一部分可以溶于奧氏體和鐵素體中,另一部分與碳形成碳化物,各元素在這兩者之間的分配,取決于它們形成碳化物的傾向的強(qiáng)弱程度及含量。元素的原子次d電子層愈不滿(mǎn),與碳的親和力愈大,形成碳化物的傾向就愈強(qiáng),這種碳化物也就愈穩(wěn)定,愈不易分解。合金元素形成碳化物的穩(wěn)定程度由強(qiáng)到弱的排列次序?yàn)?Ti、Zr、V、Nb、W、Mo、CrMn、Fe,其中的Ti、zr、V、№b為強(qiáng)碳化物形成元素,它們和碳有極強(qiáng)的親和力,只要有足夠的碳,在適當(dāng)?shù)臈l件下,就能形成它們自己特殊的碳化物,僅在缺少碳的情況下,才以原子狀態(tài)溶入固溶體中,Mn為弱碳化物形成元素,除少量可溶于滲碳體中形成合金滲碳體外,幾乎都溶解于鐵素體和奧氏體中;中強(qiáng)碳化物形成元素為W、Mo、Cr,當(dāng)其含量較少時(shí),多半溶于滲碳體中,形成合金滲碳體,當(dāng)其含量較高時(shí),則可能形成新的特殊碳化物。
根據(jù)碳原子半徑r與金屬原子半徑rM的比值,可以將碳化物分為兩類(lèi)。
(1)當(dāng)r/w<0.59時(shí),形成簡(jiǎn)單點(diǎn)陣的間隙相,或稱(chēng)之為特殊碳化物,如WC、VC、TiC、W2C、Mo2C等,與間隙化合物相比,它們的熔點(diǎn)、硬度高,很穩(wěn)定,熱處理時(shí)不易分解,不易溶于奧壓體中
(2)當(dāng)rc/w>0.59時(shí),形成復(fù)雜點(diǎn)陣的碳化物,此時(shí),晶體簡(jiǎn)單密排點(diǎn)陣如不發(fā)生變化,其間隙已不能容納碳原子,因此,碳化物的晶體結(jié)構(gòu)就很復(fù)雜。如Cr23C7、CrC3、Mn3C、Fe3C、M4C(Fe2Mn3C、Fe3W2C)等。
合金元素還可以溶于碳化物中形成多元碳化物,如FeMo2C、Fe2Mo2C6、Fe21W2C6等,其中,Fe、W或Fe、Mo的比例常有變化,而且還能溶解其他金屬,故常以M2C、M2C表示。合金元素溶于滲碳體中即為合金滲碳體,如(FeCr)3C、(FeMn)3C等。
常用金屬元素的rcM值見(jiàn)表2-19,鋼中常見(jiàn)的間隙相見(jiàn)表2-20,鋼中常見(jiàn)碳化物的硬度及熔點(diǎn)見(jiàn)表2-21
常用金屬元素的rc/rm