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碳化物形成的一般规律

详情介绍

1)碳化物类型的形成形成什么样的碳化物与合金元素的原子半径有关常用合金元 素原子半径和碳原子半径的比值rc/rM见表h 3。其碳化物类型的形成规律如下。
当rc/rM>0.59时,形成复杂点阵结构。Cr、Mn, ?是属子这一类的元素,它们形成 Cr7C3、Cr23C6、FaC、MnaC 等形式的碳化物。
当rc/rM<0.59时,形成简单点阵结构,又称为间隙相.金属原子一般形成具有配位 数12的六方晶系或立方晶系,碳原子在金属原子所形成的晶体点阵中没有固定的位置,它 们填充于晶体点阵的间陳中。属于这类型的元素有Mo、W、V、TL Nb、Zr等,它们形成 的碳化物有 VC、TiC, NbC 等 MC 型,Mo2C、
当合金元素量比较少时,溶解于其他碳化物,形成复合碳化物,即多元合金碳化物。如 Mo. W, 含量少时,形成合金渗碳体(Fe,M)3C;含量多时就形成了自己的特殊碳化物 M23C6型、M2C型等。Mn只能形成除MnS素外,在钢中随着合金 元素含量的增加,都能形成特殊碳化物。
(2)相似者相溶碳化物也和固溶体一样,有些碳化物之间是可以互相溶解的a分两种 情况:完全互溶和部分溶解。如果形成碳化物的元素在晶体结构、原子尺寸和电子因素都相 似,则两者的碳化物可以完全互溶,否则就是有限溶解,例如Fe3C*Mn3C,可以完全立 溶形成复合碳化物(Fe,Mn)3C; TiC和VC,.为有限溶解。
一般碳化物都能溶解一些其他合金元素,构成复合碳化物,但都有一定的溶解度。如在 渗碳体Fe3C中,可溶入一定量的Cr、Mo、V等元素,其最大溶解度为: <28%Cr, <2%W, <0,5%V. MC型碳化物不溶入Fe原子,但可溶入一定量的Mo、W,如VC中 可溶解W可达到85%〜在W2C中Cr可置换75%的W原子。在IV^Ce中可溶解 25%的Fe原子,还可溶解Mo、W、V等原子。另外,碳化物中的碳原子也可被其他间隙 原子(如N原子)所置换,在MC型碳化物中,常常形成M (C,N,0)型复合碳化物
在绝大多数情况下,溶人较强的碳化物形成元素.可使碳化物的稳定性提高6反之,溶 人较弱的碳化物形成元素,使碳化物稳定性下降D而较弱的碳化物形成元素的存在,虽然没 有溶入碳化物中,也会降低强碳化物在钢中的稳定性如在含Mn-V的钢中,由于较多Mn元素的存在,使VC碳化物的溶解温度从lioot:降低至9001。
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(3) 强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物强碳化物锻成元素总是优先与碳结合 形成碳化物,随着钢中碳含量的增加,依次形成碳化物5例如,含W、JVb合金元素的钢在 平衡态下,随碳含量的增加,依次形成Ms C' Cm Cs , Cr7 C3 , Fe3C0如果碳含量有限,则 较弱的碳化物形成元素将溶人固溶体中,而不形成碳化物,如含Cr、V的低碳钢中,O元 素大部分在基体固溶体中。
(4) Nm/Nc比值决定了碳化物类型Nm和Nc是固溶体中合金元素和碳的原子数,它 们的比值决定了形成的碳化物类型。一般,一种元素都能有几种碳化物的形式。在平衡态 时,当达到一定量时,除Mn元素外都能形成自己的特殊碳化物.如在含Cr钢中,随着 NM/NC的提髙,形成碳化物的先后顺序为:M3C—M7C3—M23C6fl
在回火时,随着基体中Nm/Nc比值的升髙,则析出的碳化物中的Nm/Nc比值也升髙, 例如在W钢回火时,随基体中Nm/ Nc比值的升髙,碳化物析出顺序为:Fe,2 WC-*Fe4W£C—W2C„
C5)碳化物稳定性越好,溶解越难,析出越难,聚集长大也越难稳定性好的碳化物在 钢加热时,溶解较难,要在比较高的温度下能溶解;在回火过程中,总是稳定性比较差的碳 化物先析出,稳定性好的碳化物在后面析出;稳定性好的碳化物即使析出了,也不太容易长 大。例如,MC型碳化物一般在加热温度lOOOC以上才逐步溶解,回火时,直到500〜 700X:才析出,并且不容易长大,在钢中起了二次硬化的作用。

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