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合金元素与碳的相互作用
来源: | 作者:鼎言热处理 | 发布时间: 2019-10-31 | 403 次浏览 | 分享到:

       按照合金元素与碳的相互作用情况,可将合金元素分为两大类
        1.非碳化物形成元素
        这类元素包括Ni、Si、Co、A、Cu等,以溶入a-Fe或yFe中的形式存在,有的可形成非金属夹杂物和金属间化合物如A2O3、AN、SiO2、FeSi、Ni3A等。另外,Si的含量高时,可能使渗碳体分解,使碳游离,呈石墨状态存在,即所谓石墨化作用。
       2.碳化物形成元素
       碳化物是钢中的重要组成相之一,碳化物的类型、数量、大小、形状及分布对钢的性能有极重要的影响。碳化物有高的硬度和脆性,并具有高熔点。从具有高硬度来看,这正是共价键化合物的特点,所以,合金元素与碳之间可能存在共价键;但碳化物还具有正的电阻温度系数以及低温下的超导性,这表明它具有金属的导电特性,故金属原子间仍然保持着金属键。因此,可以认为碳化物具有混合键,它同时具有金属键和共价键的特点,但是总的来说是以金属键占优势。这一类元素包括T、N、Zr、V、Mo、W、Cr、Mn等,它们中的一部分可以溶于奥氏体和铁素体中,另一部分与碳形成碳化物,各元素在这两者之间的分配,取决于它们形成碳化物的倾向的强弱程度及含量。元素的原子次d电子层愈不满,与碳的亲和力愈大,形成碳化物的倾向就愈强,这种碳化物也就愈稳定,愈不易分解。合金元素形成碳化物的稳定程度由强到弱的排列次序为:Ti、Zr、V、Nb、W、Mo、CrMn、Fe,其中的Ti、zr、V、№b为强碳化物形成元素,它们和碳有极强的亲和力,只要有足够的碳,在适当的条件下,就能形成它们自己特殊的碳化物,仅在缺少碳的情况下,才以原子状态溶入固溶体中,Mn为弱碳化物形成元素,除少量可溶于渗碳体中形成合金渗碳体外,几乎都溶解于铁素体和奥氏体中;中强碳化物形成元素为W、Mo、Cr,当其含量较少时,多半溶于渗碳体中,形成合金渗碳体,当其含量较高时,则可能形成新的特殊碳化物。
       根据碳原子半径r与金属原子半径rM的比值,可以将碳化物分为两类。
        (1)当r/w<0.59时,形成简单点阵的间隙相,或称之为特殊碳化物,如WC、VC、TiC、W2C、Mo2C等,与间隙化合物相比,它们的熔点、硬度高,很稳定,热处理时不易分解,不易溶于奥压体中
        (2)当rc/w>0.59时,形成复杂点阵的碳化物,此时,晶体简单密排点阵如不发生变化,其间隙已不能容纳碳原子,因此,碳化物的晶体结构就很复杂。如Cr23C7、CrC3、Mn3C、Fe3C、M4C(Fe2Mn3C、Fe3W2C)等。
        合金元素还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的比例常有变化,而且还能溶解其他金属,故常以M2C、M2C表示。合金元素溶于渗碳体中即为合金渗碳体,如(FeCr)3C、(FeMn)3C等。

                  常用金属元素的rcM值见表2-19,钢中常见的间隙相见表2-20,钢中常见碳化物的硬度及熔点见表2-21
常用金属元素的rc/rm