Концентрация легирующих

Тамман установил, что коррозионная стойкость полностью гомогенных твердых растворов в отсутствие заметной диффузии при легировании менее устойчивого металла более устойчивым изменяется не непрерывно, а скачками (рис. 225). Резкое изменение коррозионной стойкости происходит, когда концентрация легирующего элемента достигает V8 атомной доли, или величины, кратной этому числу, т. е. 2/8, 3/8, % и т. д. атомной доли — правило п/8 Таммана.

* Согласно представлениям Г. Улига, критическая концентрация легирующего компонента, которой отвечает резкий скачок пассивируемости, объясняется изменением электронной конфигурации атомов сплава от заполненной ^-оболочки к незаполненной (никелевые сплавы, стали). В основу расчетов критических составов положено представление Л. Полинга о существовании в ^-оболочках переходных металлов незаполненных электронных состояний (дырок). По современной электронной теории сплавов, такой большой перенос зарядов между компонентами сплавов невозможен. Эксперименты по рентгеновской фотоэмиссии показали, что число d-электронов и дырок в d-оболочках атомов переходного металла в сплаве с непереходным не изменяется (сплав Ni—Си) или изменяется очень мало [55а—55d].—Примеч. ред.

С0 — концентрация легирующего элемента (примеси).

Условием избирательного окисления сплава является существование критической концентрации менее благородного легирующего компонента в нем. Ниже этой концентрации избирательное окисление не происходит, и образующиеся оксиды легирующих компонентов растворяются в окалине. Критическая концентрация легирующего компонента определена первоначальным составом сплава либо такая концентрация возникает в ходе окисления (избирательное окисление наступает в ходе коррозии). Связано это с тем, что в ходе окисления более благородного компонента менее благородный компонент диффундирует в. сплав и при достижении определенной концентрации процесс переходит в стадию избирательного окисления.

Это явление наступает тогда, когда концентрация легирующего элемента, например золота, достигает такой величины, что сплав приобретает коррозионную стойкость, присущую благородному металлу. Для этого достаточно1/^ моля благородного металла в сплавах медь—золото, что соответствует содержанию золота 12—13%. При почти таком же соотношении хром оказывает свое пассивирующее действие в сплавах с железом.

Исследованиями распределения Мп, Сг, Мо и V в белом чугуне при количестве каждого элемента около 1,0% и содержании углерода от 1,8 до 3,8% установлено, что концентрация легирующего элемента в дендритах минимальна в сердцевине, постепенно повышается к периферии и намного выше в эвтектических ячейках. Микросегрегация более заметна, когда содержание углерода низкое. Коэффициент распределения этих элементов в первичном аус-тените менее 1,0 и понижается пропорционально увеличению содер-жания углерода. Значение коэффициента распределения возрастает в такой последовательности: Мо, V, Сг, Мп.

Закалку (<х+р)-сплавов, как правило, проводят из (а+Р)-области (720— 930 °С) во избежание сильного роста зерна при нагреве. Тогда в процессе охлаждения а-фаза не изменяется, а р-фаза испытывает превращения, которые характерны для сплава аналогичного ей состава, закаленного из р-области. Предполагаемый состав продуктов распада р-фазы можно определить по структурной схеме (рис. 8.5) с учетом того, что концентрация легирующего элемента в а- и р-фазах при нагреве сплава до разных температур в (а+Р)-области определяется соответственно точками а и б, лежащими на пересечении изотерм с кривыми (/„„—са) и А-$. Анализ показывает, что при нагреве (а + Р)-сплава до температур, лежащих в интервале (t2—tK), и последующей закалке наряду с а-фазой фиксируется неустойчивая Р-фаза (Рнеуст) с выделениями ю-фазы, а при нагреве сплава выше температуры /к и его закалке Р-фаза претерпевает (полностью или частично) мартенситное превращение, так как концентрация в ней р-стабилизаторов будет меньше ск. Таким образом, структура сплава в зависимости от его химического состава после закалки из (а+Р)-области с температур, превышающих tx, может быть представлена следующими вариантами: 1) а + а'; 2) а + а" ; 3) а + а" + Р + со.

ментита, а так называемые специальные. Увеличение в стали содержания хрома сверх 2% приводит ,к образованию тригональ-ного карбида (Сг, Ре)?Сз, в котором содержится не менее 45% Сг. При содержании хрома 10 — 12% образуется сложный кубический карбид (Сг, Ре)2зС6, в котором находится не менее 65% Сг. При меньших концентрациях сильно карбидообразую-щих элементов: вольфрама (>1%) и особенно молибдена и ванадия (>0,5%) образуются специальные карбиды этих элементов с небольшим количеством атомов железа в их решетке. Образование того или иного карбида в стали зависит от содержания углерода. Чем меньше углерода, тем при более низких концентрациях легирующего элемента образуется специальный карбид, поскольку при малом содержании углерода количество карбидной фазы мало и концентрация легирующего элемента в ней больше.

Следует, однако, отметить, что при анализе структурообразования при сверхбыстрой закалке, являющейся сугубо неравновесной технологией, в большинстве своем не учитывается факт неравновесности и вытекающие из этого последствия, что существенно обедняет работы в области моделирования микроструктур при быстром затвердевании. Это относится и к обзорной работе [467], в которой рассмотрены способы построения структурных диаграмм (в координатах скорость роста — концентрация легирующего элемента).

В результате образуется диффузионный слой, на поверхности которого концентрация легирующего элемента максимальна, а по мере удаления от нее — падает. Первые две стадии протекают значительно быстрее третьей, которая и определяет скорость процесса химико-термической обработки.

соответственно); С — концентрация легирующего элемента.

Концентрация легирующих элементе/В

В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15- 20 мм) механические свойства легированных сталей после закалки и отпуска выше, чем углеродистых. Особенно сильно повышаются предел текучести, относительное сужение и ударная вязкость. Это объясняется тем, что легированные стали обладают меньшей критической скоростью закалки, а следовательно, лучшей прокалива-емостью. Кроме того, после термической обработки они имеют более-мелкое зерно и более дисперсные структуры. Из-за большей про-каливаемости и меньшей критической скорости закалки при замене углеродистой стали легированной оказывается возможным проводить закалку деталей в менее резких охладителях — в масле, на воздухе, что уменьшает деформацию изделий и опасность образования трещин. Поэтому легированные стали используют для изготовления не только крупных деталей, но и для изделий небольшого сечения, имеющих сложную форму. Чем выше в стали концентрация легирующих элементов, тем выше ее прокаливаемость.

Лазерное легирование заключается в насыщении материала легирующими элементами посредством диффузии предварительно нанесенного слоя под воздействием лазерного пучка. При этом достигается высокая концентрация легирующих компонентов в поверхностных слоях материалов. Лазерная наплавка состоит в расплавлении нанесенного на изношенную поверхность изделия слоя материала под воздействием излучения высокой плотности мощности. За счет этого достигается проплавление материала нанесенного слоя и основы, что способствует повышению их адгезионной прочности.

P и с. 13. Зависимость между упрочением твердого раствора и изменением параметра решетки (для систем Al, Cu, Fe концентрация легирующих элементов 1 ат.%, для систем V, Nb, Та - 5 ат.%)

розии сплавов тантала с Nb, Ti, V и Mo, W и Zr от концентрации кипящей серной кислоты представлены на рис. 74. Обобщенный график влияния легирующих элементов на скорость коррозии сплавов тантала в 70%- и 80%-ной кипящей серной кислоте показан на рис. 75. Видно, что все перечисленные элементы ухудшают коррозионную стойкость тантала, причем ниобий менее интенсивно, чем остальные. При этом чем концентрированнее кислота, тем сильнее отрицательное влияние легирующих элементов (см. рис, 73, а и б). Однако при содержании легирующих элементов до 10—15 ат.% их влияние на коррозионную стойкость в 80%-ной H2SO4 и при содержании до 15—20 ат.% в 70%-ной H2S04 незначительно. Следовательно, допустимое максимальное содержание легирующих элементов определяется концентрацией кислоты. Поскольку коррозионные потери в данной серии опытов были незначительны и не представлялось возможным их измерить, критическая концентрация серной кислоты была установлена по скорости коррозии, равной 1 'мм/год (2 балл коррозионной стойкости) . Для получения скорости коррозии, соответствующей 1 баллу, критическая концентрация кислоты должна быть снижена на 10—20% (рис. 76). Выше кривой на рис. 76 расположены сплавы нестойкие, ниже - стойкие. Нетрудно видеть, что любое легирование ухудшает коррозионную стойкость тантала, при этом заметного преимущества сплавов Та—Nb перед сплавами Та—V и Та—Ti (концентрация легирующих элементов до 30—40%) не обнаружено. Можно считать, что в кипящей серной кислоте с концентрацией менее 60% все сплавы тантала при содержании легирующих элементов в пределах исследованного устойчивы (коррозионная стойкость не ниже 1 балла, т.е. скорость коррозии 0,1 мм/год и меньше).

Контактирование сталей, одинаковых по химическому составу (например, низколегированных и углеродистых), допускается, но при этом контактная коррозия полностью не исключается. По мере того как увеличивается в сталях концентрация легирующих элементов, контактное воздействие этих сталей усиливается. Объясняется это тем, что при увеличении концентрации хрома, никеля и меди увеличивается разность потенциалов [65].

М.а.м. обнаруживается химич. неоднородность металла в пределах одной фазы, отдельных элементов структуры (различная концентрация легирующих элементов внутри кристалла и по его границам, по контуру границ зерен, внутри отдельных кристаллов). Так, вольфрам, введенный в никель в количествах 0,1—6%, располагается преимущественно в осях ден-дритов (рис. 1) (рас-Рис. 1. Распределение творимость вольфра-вольфрама в никеле *, ТТИКРТТР ттп ЛГИЙЛ (авторадиограмма). ма в ™келе ДО W/o). Увеличено в 10 раз. Устранить такую неоднородность очень

тому не только для крупных изделий, но и для изделий небольшого сечения, имеющих сложную форму. Чем выше в стали концентрация легирующих элементов, тем выше ее прокаливае-мость.

Обозначение стали Средняя концентрация легирующих элементов "в ao,a 6 * Л X =

В сплавах системы TiC-TiN-WC-TaC-Mo-Ni-Co концентрация легирующих компонентов в связующей фазе значительно выше, чем в традиционных безвольфрамовых твердых сплавах системы TiC-Ni— Мо (табл. 27). Общее содержание легирующих элементов в связке возрастает прежде всего за счет растворения в ней W, Та и Мо, в то время как содержание титана в связующей фазе обоих сплавов примерно одинаково [97].

Концентрация легирующих элементоё