Влияние легирующих элементов и примесей на дислокационную структуру и свойства стали

Легированными называют стали, в которые для получения требуемых свойств специально вводят легирующие элементы.

Легирующие элементы оказывают влияние на электронную и дислокационную структуру металла. Замещая атомы в решетке основы, они создают барьеры ближнего действия на пути движущихся дислокаций. От легирования зависит характер и величина межатомного взаимодействия в сплаве, что влияет на подвижность дислокаций. Часто легирование сопровождается повышением сопротивления твердого раствора пластической деформации. Так, например, легирование железа марганцем способствует образованию мартенситной структуры марганцевого феррита, повышению плотности дислокаций и значительному возрастанию прочности твердого раствора.

Легирующие элементы по-разному влияют на энергию взаимодействия примесей внедрения с дислокацией.

Эффект упрочнения при легировании железа элементами внедрения (азот, углерод) значительно сильнее, чем элементами замещения (например никель, марганец). Так, добавление в железо каждой очередной сотой доли процента углерода или азота повышает предел текучести сплава на 40…50 МПа, в то время как введение аналогичного количества никеля – всего на 0,3 МПа, т.е. эффект упрочнения в последнем случае на 2 порядка меньше.

Легированные стали характеризуются лучшим комплексом физико-химических (в том числе и механических) свойств по сравнению с углеродистыми: они отличаются повышенной жаростойкостью, сопротивлением коррозии, значительной ударной вязкостью, высокими значениями предела текучести и относительного сужения. Оптимальные механические свойства обеспечиваются формированием в результате термической обработки дисперсных структур и более мелкого зерна.

Легированные стали могут закаливаться в масле или на воздухе (так как обладают лучшей прокаливаемостью, чем углеродистые), что способствует уменьшению деформации изделий и вероятностью образования трещин.

По влиянию на температурный и концентрационный интервалы (область) существования γ – модификации легирующие элементы подразделяются на две группы:

А). Элементы, расширяющие область существования γ– фазы, например никель, марганец (γ – стабилизаторы);

Б) Элементы, замыкающие область существования указанной фазы, например молибден, титан (α- стабилизаторы).

В основном влияние легирующих элементов на область существования γ– фазы можно объяснить их изоморфностью (однотипностью кристаллической решетки) одной из указанных фаз железа. Так, никель изоморфен γ– фазе (решетка ГЦК), а молибден α- фазе с ОЦК решеткой.

Редко, но встречаются и исключения, например алюминий замыкает γ– фазу, хотя и изоморфен ей.

Влияние ЛЭ на кинетику распада переохлажденного аустенита проявляется в двух направлениях:

А) повышение устойчивости остаточного аустенита, замедление его распада; исключение составляет кобальт, ускоряющий превращение.

Б) «качественное» изменение диаграммы изотермического превращения аустенита, проявляющееся в возникновении на ней двух максимумов скорости распада переохлажденного аустенита, разделенных областью его повышенной устойчивости. Такое воздействие на кинетику распада аустенита оказывают карбидообразующие элементы- хром, молибден, вольфрам.

Количество остаточного аустенита тесно связано с влиянием ЛЭ на положение температурного интервала (начала М_н и конца М_к) мартенситного превращения: большинство легирующих элементов снижает температуру начала мартенситного превращения М_н и, следовательно, увеличивает количество остаточного аустенита. Исключением является алюминий и кобальт, повышающие М_н, а также кремний, не влияющий на положение мартенситной точки.