Материал: Специальные сплавы в аэрокосмической технике. Миленин А.В., Ожерельев В.В

1.2. Влияние элементов на полиморфизм железа

Легирующие элементы, растворяясь в железе, влияют на температурный интервал его полиморфного превращения. Большинство элементов или повышают точку А4 и снижают точку А3, расширяя область γ – твердых растворов (Ni, Mn, Co), или понижают А4 и повышают А3, сужая область γ – твердых растворов (Cr, W, Mo, V, Ti, Si) [1].

Сплавы, состояние которых описывается диаграммой, представленной на рис.2, а, называются аустенитными сталями, на рис. 2, б – ферритными сталями [3].

Рис. 2. Диаграмма состояния железо-легирующий элемент [4]

Кратко рассмотрим реальные диаграммы состояний железо – легирующий элемент.

Диаграмма состояния системы железо-никель (рис.3).

Никель имеет порядковый номер 28, его плотность составляет 8,9 г/см3, температурой плавления равна 1455 °C, температурой кипения 2900 °C. Для никеля характерна гранецентрированная кубическая кристаллическая решетка с параметром a = 0,352387 нм, близким к Feγ. Это обеспечивает образование непрерывного ряда твердых растворов между Feγ и Ni. При температуре менее 360 °C никель становиться ферромагнетиком, но его магнитные свойства не настолько высоки как у Fe и Co. Никель коррозионно стоек в

6

таких агрессивных сред, как пресная и морская вода. При нагреве на воздухе никель взаимодействует с кислородом с образованием оксида никеля.

Рис. 3. Диаграмма состояния железо-никель [5]

Никель повышает точку А4. При температуре 1512 °C наступает трехфазное равновесие L + δ-Fe ↔ γ–Fe. Никель резко понижает точку А3. Наблюдается значительное отличие температур превращений, происходящих при нагреве и охлаждении. Для практического использования диаграммы состояния целесообразно указы-

7

вать отдельно температурный интервал превращения при охлаждении γ → α и при нагреве α → γ (рис. 4) [3].

В сплавах с большим содержанием никеля может образоваться упорядоченный твердый раствор, содержащий FeNi3. Температура упорядочения для сплава с точным соотношением FeNi3 (78 % никеля) равна 493 °C.

Рис. 4. Влияние содержания никеля на температуру аллотропического превращения [3]

Диаграмма состояния системы железо-хром (рис. 5).

Хром имеет порядковый номер 24, голубовато – белый металл с кубической объёмно-центрированной решёткой, a = 0,28845 нм, изоморфен Feα. Он понижает обе точки аллотропического превращения железа. Но температура точки А4 снижаетсябыстрее, чем А3 и обе точки сливаются, область замыкается при содержании хрома 13 %. При соотношении Fe :Cr = 1 : 1 образуется неустойчи-

8

вое химическое соединение FeCr, обозначаемое -фаза. Верхняя температура существования этого соединения ~ 815 °C.

Рис. 5. Диаграмма состояния железо-хром [5]

Диаграмма состояния системы железо – молибден (рис. 6). Молибден имеет порядковый номер 42. Молибден имеет объемно-

9

центрированную кубическую решетку. Полиморфных превращений не обнаружено. Значение периода кристаллической решетки молибдена в значительной степени определяются содержанием примесей внедрения, особенно углерода.

Рис. 6. Диаграмма состояния железо – молибден [5]

10