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1)碳化物類型的形成形成什么樣的碳化物與合金元素的原子半徑有關(guān)常用合金元 素原子半徑和碳原子半徑的比值rc/rM見表h 3。其碳化物類型的形成規(guī)律如下。
當(dāng)rc/rM>0.59時,形成復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。Cr、Mn, ?€是屬子這一類的元素,它們形成 Cr7C3、Cr23C6、FaC、MnaC 等形式的碳化物。
當(dāng)rc/rM<0.59時,形成簡單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),又稱為間隙相.金屬原子一般形成具有配位 數(shù)12的六方晶系或立方晶系,碳原子在金屬原子所形成的晶體點(diǎn)陣中沒有固定的位置,它 們填充于晶體點(diǎn)陣的間陳中。屬于這類型的元素有Mo、W、V、TL Nb、Zr等,它們形成 的碳化物有 VC、TiC, NbC 等 MC 型,Mo2C、
當(dāng)合金元素量比較少時,溶解于其他碳化物,形成復(fù)合碳化物,即多元合金碳化物。如 Mo. W, 含量少時,形成合金滲碳體(Fe,M)3C;含量多時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,在鋼中隨著合金 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體一樣,有些碳化物之間是可以互相溶解的a分兩種 情況:完全互溶和部分溶解。如果形成碳化物的元素在晶體結(jié)構(gòu)、原子尺寸和電子因素都相 似,則兩者的碳化物可以完全互溶,否則就是有限溶解,例如Fe3C*Mn3C,可以完全立 溶形成復(fù)合碳化物(Fe,Mn)3C; TiC和VC,.為有限溶解。
一般碳化物都能溶解一些其他合金元素,構(gòu)成復(fù)合碳化物,但都有一定的溶解度。如在 滲碳體Fe3C中,可溶入一定量的Cr、Mo、V等元素,其最大溶解度為: <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可達(dá)到85%?在W2C中Cr可置換75%的W原子。在IV^Ce中可溶解 25%的Fe原子,還可溶解Mo、W、V等原子。另外,碳化物中的碳原子也可被其他間隙 原子(如N原子)所置換,在MC型碳化物中,常常形成M (C,N,0)型復(fù)合碳化物
在絕大多數(shù)情況下,溶人較強(qiáng)的碳化物形成元素.可使碳化物的穩(wěn)定性提高6反之,溶 人較弱的碳化物形成元素,使碳化物穩(wěn)定性下降D而較弱的碳化物形成元素的存在,雖然沒 有溶入碳化物中,也會降低強(qiáng)碳化物在鋼中的穩(wěn)定性。如在含Mn-V的鋼中,由于較多Mn元素的存在,使VC碳化物的溶解溫度從lioot:降低至9001。
(3) 強(qiáng)碳化物形成元素優(yōu)先與碳結(jié)合形成碳化物強(qiáng)碳化物鍛成元素總是優(yōu)先與碳結(jié)合 形成碳化物,隨著鋼中碳含量的增加,依次形成碳化物5例如,含W、JVb合金元素的鋼在 平衡態(tài)下,隨碳含量的增加,依次形成Ms C' Cm Cs , Cr7 C3 , Fe3C0如果碳含量有限,則 較弱的碳化物形成元素將溶人固溶體中,而不形成碳化物,如含Cr、V的低碳鋼中,O元 素大部分在基體固溶體中。
(4) Nm/Nc比值決定了碳化物類型Nm和Nc是固溶體中合金元素和碳的原子數(shù),它 們的比值決定了形成的碳化物類型。一般,一種元素都能有幾種碳化物的形式。在平衡態(tài) 時,當(dāng)達(dá)到一定量時,除Mn元素外都能形成自己的特殊碳化物.如在含Cr鋼中,隨著 NM/NC的提髙,形成碳化物的先后順序?yàn)椋篗3C—M7C3—M23C6fl
在回火時,隨著基體中Nm/Nc比值的升髙,則析出的碳化物中的Nm/Nc比值也升髙, 例如在W鋼回火時,隨基體中Nm/ Nc比值的升髙,碳化物析出順序?yàn)椋篎e,2 WC-*Fe4W£C—W2C„
C5)碳化物穩(wěn)定性越好,溶解越難,析出越難,聚集長大也越難穩(wěn)定性好的碳化物在 鋼加熱時,溶解較難,要在比較高的溫度下能溶解;在回火過程中,總是穩(wěn)定性比較差的碳 化物先析出,穩(wěn)定性好的碳化物在后面析出;穩(wěn)定性好的碳化物即使析出了,也不太容易長 大。例如,MC型碳化物一般在加熱溫度lOOOC以上才逐步溶解,回火時,直到500? 700X:才析出,并且不容易長大,在鋼中起了二次硬化的作用。
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