Ом
NbC OM X – TiC
Uw
Ь0,42 ^ VC I ОЛ1 \ NbC
TiC T^ 0,43
K0S JHc
-^NbC^ |
|
Ж |
|
————- NbN |
|
-г—-» VN |
|
Illl |
I I Il» |
Nbl
Tif VN
Nb
Til Vh
О 20 W 60 ВО 0 20 W 60 80 100 Содержание (разы°/о(мол)
Рис. 32. Изменение периода решетки о при образовании комплексных карбонит – ридных фаз (X. Гольдшмидт)
Как же отмечалось, все переходные металлы этих групп образуют в стали по 2—3 карбида с различной сложной кристаллической структурой. Карбиды WC и MoC и карбиды W2C и Mo2C имеют соответственно простую и плотно – 62 упакованную- гексагональные решетки. Область гомогенности этих карбидов невелика, они могут взаимно растворяться. Особо важное значение эти карбиды имеют в быстрорежущих сталях.
Карбид Cr7C3 образуется чаще всего в конструкционных сталях с относительно невысоким содержанием хрома (до 3—4%). Этот карбид имеет сложную гексагональную решетку с 80 атомами на одну элементарную ячейку (56 атомов металла и 24 атома углерода).
В сталях этот карбид может содержать от 30 до 50 % Cr, т. е. его формула должна быть в пределах Fe4Cr3C3 и FesCr5C3. Обычно такой карбид обозначают (Cr, FeJ7C3 или Me7C3.
Карбид Cr23C6 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 карбид Cr23C6 в чистом виде не встречается, а часть атомов металла в нем будет замещаться элементами, входящими в состав стали (Fe, Mo, W).
В зависимости от характера легирования атомы металла могут содержать два или несколько элементов. Так, в высокохромистых сталях содержание железа в карбиде может повышаться до 35%, т. е. часть атомов хрома замещается железом, при этом формула карбида будет Fe8Cri5C6. При меньшем содержании хрома возможно образование карбида Fei2CrnC6. В общем виде такой карбид в сталях принято обозначать формулой (Cr, FeJ23C6 или Me23C6. В сталях с молибденом формула карбида будет Fe2OMooC6, а в сталях с несколькими легирующими элементами (Cr, Mo, W и др.) все они могут входить в состав карбида.
Железо широко замещает в этом карбиде хром, но так как размер атомов железа несколько меньше размера атомов хрома, то начиная с определенного момента (после замещения ~30% Cr) эти узлы становятся слишком просторными, и для устойчивости решетки необходимо присутствие крупных атомов W (или Mo). Атомы W(Mo) занимают также определенные позиции в решетке карбида Me23C6, поэтому их максимальное число в элементарной ячейке составляет 8 из 92 атомов металла. Дальнейшее увеличение при старении стали количества вольфрама и молибдена в выделяющейся фазе сверх этого предела приводит к переходу Me23C6 к Me6C, как к следующему карбиду, способному вместить относительно большее количество Mo и W.
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.
Карбид Afe6C (т]-карбид) не обозначен на рис. 29, как принадлежащий одному металлу, так как в него всегда входит несколько металлов, поэтому он является комплексным карбидом. Карбид Afe6C имеет сложную растянутую гранецентрированную кубическую кристаллическую решетку, элементарная ячейка которой содержит 112 атомов, из них 96 атомов металла и 16 углерода. Обычно т)-карбид образуется в высоколегированных быстрорежущих сталях с высоким содержанием молибдена и вольфрама. Его формула в сталях с вольфрамом и молибденом может изменяться от Fe2W4C до Fe4W2C и от Fe2Mo4C до Fe4Mo2C соответственно. В сложнолегированных сталях атомы металла – могут замещаться различными легирующими элементами (Afe—W, Mo, Cr, Mn, Fe, Со и др.), поэтому они чаще обозначаются как Afe6C, а в более конкретных случаях, например, (W, Mo, Fe)6C.
Карбиды железа относятся к наименее стойким яо сравнению с карбидами легирующих элементов. Основным карбидом железа является цементит FesC, промежуточным карбидом в сталях е-карбид, а в некоторых высокоуглеродистых сплавах т)- и %-карбиды.
Цементит FesC является основной структурной составляющей стали, образующейся при перлитном превращении, в процессе бейнитного распада, при отпуске мартенсита и других процессах. Цементит имеет сложную ромбическую решетку, элементарная ячейка которой содержит 96 атомов (Fe—72, С—24). Для структуры цементита характерна плотная упаковка атомов железа с расположенными в междоузлиях атомами углерода, по этому признаку структура может быть охарактеризована как близкая к структуре аустенита. Поэтому между FesC и 7-железом имеется хорошее ориентационное и структурное соответствие. Хорошее сопряжение наблюдается также и для решеток FesC и а-железа. При подавлении распада аустенита по диффузионному типу превращения из него сдвиговым путем образуется мартенсит. В случае распада последнего в нем легко зарождается цементит и можно отметить, что мартенсит является промежуточной фазой между аусте – иитом и цементитом.
Атомы железа в цементите могут замещаться атомами некоторых легирующих элементов. Так, неограниченно растворим в цементите марганец, при этом карбид будет иметь формулу (Fe, Мп)3С. Неограниченная растворимость марганца в цементите объясняется тем, что марганец образует карбид Mn3C, подобный Fe3C. Растворимость хрома в цементите составляет около 20 %. Легированный хромом карбид будет иметь формулу (Fe, Crj23C. Хром и марганец повышают устойчивость цементита в стали. Растворимость молибдена в цементите значительно меньше, так как более крупные атомы молибдена способны лишь к неустойчивому замещению атомов железа. В этом случае устойчивость цементита понижается. Такие легирующие элементы, как V, Nb, Ti, Zr, практически нерастворимы в цементите.
Образование цементита при распаде мартенсита (при содержании в последнем более 0,2 % С) часто происходит через промежуточный карбид железа, например е-карбид. Его химическая формула однозначно не установлена (Fe2-3C). е-карбнд имеет сложную гексагональную решетку, сопряженность которой с решёткой мартенсита лучше, чем у цементита. Поэтому реакция распада мартенсита на феррит и цементит, имеющая вид A–Fe (M)–Hx–Fe(TI))–FFe3C, идет с меньшими затратами энергии н меньшими искажениями матрицы при образовании промежуточного е-карбнда: A–Fe(M) – э-а-Ре^+е-карбнд-хх-Ре^+РеэС. Некоторые исследователи отмечают, что в высокоуглеродистых сталях (С>0,6 %) вместо е-карбида могут образовываться промежуточные карбиды: т)-карбнд железа (типа Fe2C, ромбическая решетка) и %-кар – бид (типа FesC2, моноклинная решетка). При малом содержании углерода в твердом растворе (С