IMG6 037 (2)

36

2. Budowa stopów

2.3. Fazy stopowe

37

Tablica 2.3

Przyklidy faz międzywęzłowych

Typ fazy	Struktura krystaliczna	Fazy międzywęzłowe
fazy międzywęzłowe o strukturach prostych
węgliki	RSC(Al)	VC, MoC, TiC, TaC, NbC. ZrC
	HZ (A3)	V,C, MOjC, WjC, Ta2C, Nb,C
	heksagonalna	WC
azotki	RSC(Al)	VN, CrN, TiN, Mo,N, ZrN, NbN
	HZ (A3)	Fc,N, Mn,N, Cr,N
fazy międzywęzłowe o strukturach złożonych
węgliki	struktury złożone	FcjC, MnjC, Mn,Cj, Mn23CG, Cr3C2, CrA, Cr4C, Cr,}C6

Odznaczają się złożonymi strukturami rombowymi o 20, 80, a nawet 116 atomach w komórce sieciowej.

Fazy o strukturach złożonych są trwałe w zasadzie przy składzie stechiomelryc^, nym. Odznaczają się słabszymi właściwościami metalicznymi i mniejszą trwałością W porównaniu z fazami o strukturach prostych mają niższe temperatury topnienia, mniejszą twardość i odporność chemiczną - łatwiej rozpuszczają się w roztworach stałych. Jest to wynik mniejszego udziału wiązania metalicznego.

Fazami o strukturach prostych są wodorki, azotki oraz niektóre węgliki i borki. Fazami o strukturach złożonych są pewne węgliki i większość borków. Przykłady fa_z międzywęzłowych podano w tabl. 2.3.

Jak już wspomniano, duże znaczenie mają występujące w technicznych stopach żelaza węgliki i azotki. Do węglikotwórczych i azotkotwórczych, niezależnie od spełnienia czynnika wielkości atomu, zalicza się pierwiastki, których atomy mają podpoziom (n-l)d słabiej wypełniony elektronami niż atom żelaza (3rf⁶4s²). Pierwiastki, których atomy mają podpoziom (n - 1)4 bardziej zapełniony elektronami niż atom żelaza, jak np. Co (34⁷4s²) lub Ni (3<f⁸4s²), tworzą węgliki, ale nie występujące w stopach żelaza. Wreszcie pierwiastki o atomach z całkowicie zapełnionym elektronami podpoziomem, jak Cu (3rf¹⁰4s^l), nie tworzą węglików w ogóle.

Zdolność węglikotwórcza pierwiastków i trwałość ich węglików powiększa się ze wzrostem liczby nie obsadzonych pozycji elektronowych w podpoziomie (n - 1)4, co można przedstawić poglądowo

Ti 34² - V 34³ «- Cr 34⁵ <- Mn 34⁵ «- Fe 3d⁶ Zr44²«- Nb4r/³ <- Mo4d⁵ Hf54²«-Ta54³ «-W5d*

Jak z przytoczonego zestawienia wynika, pierwiastkiem najsłabiej węgliko-twórczym jest żelazo, a najsilniej węglikotwórczym - hafn. Węgliki o strukturach prostych tworzą V, Ti, Nb, Zr, Ta, Hf, o strukturach złożonych - Fe, Mn, Cr, natomiast Mo i W tworzą węgliki obu typów, zależnie od warunków chłodzenia j zawartości węgla w stopie. Wolne chłodzenie sprzyja tworzeniu się węglików

0    strukturach prostych, a szybkie - o strukturach złożonych.

Izomorficzne struktury węglików, np. Fe₃C i Mn₃C, odznaczają się wzajemną rozpuszczalnością, co prowadzi do tworzenia węglików dwuskładnikowych, np. (FeMn)₃C. W węglikach o strukturach złożonych częste jest również zastępowanie atomów metalu słabiej węglikotwórczego atomami innych metali, silniej węglikotwórczych, co prowadzi do tworzenia się węglików wieloskładnikowych, np. (WVCrFe)₂₃C₆. W fazach międzywęzłowych występuje również zastępowanie atomów węgla atomami azotu, dzięki czemu tworzą się tzw. węgloazotki, np. Fe₄(CN).

Fazy międzywęzłowe - węgliki, azotki, węgloazotki - powiększają twardość

1    odporność na ścieranie stopów żelaza. Duży udział węglików w mikrostrukturze stali narzędziowych zapewnia ich dużą twardość, odporność na ścieranie i dobre właściwości skrawne (stal szybkotnąca). Powszechnie stosowane jest wytwarzanie metodami obróbki cieplno-chemicznej węglików lub azotków w powierzchniowych warstwach stali konstrukcyjnych w celu powiększenia odporności na ścieranie elementów maszyn. Również stosuje się wytwarzanie metodą osadzania z fazy gazowej litej warstwy azotków tytanu lub tantalu, albo węglików tytanu na powierzchni stali szybkotnących w celu powiększenia trwałości narzędzi skrawających.

W konkretnych przypadkach fazy międzywęzłowe - węgliki chromu - w chro-mowo-niklowych stalach odpornych na korozję są szkodliwe. Ich wydzielenia na granicach ziarn powodują groźną w skutkach i szybko postępującą korozję międzykrystaliczną.

Fazy sigma - a. Fazy sigma powstają między metalami przejściowymi grup Vb i VIb układu okresowego, jak V, Cr, Mo i grup VIIb i VIIIb, jak Mn, Fe, Co. Fazy te odznaczają się złożoną strukturą tetragonalną o 30 atomach w komórce sieciowej i mają charakter wtórnych roztworów stałych - trwałe są w zakresie stężeń. Powstają w stanie stałym, w określonej temperaturze, w czasie powolnego chłodzenia albo długotrwałego wygrzewania. Trwałe są najczęściej poniżej temperatury utworzenia, ale niektóre z nich są trwałe powyżej temperatury utworzenia, jak np. faza MoFe.

Znaczenie praktyczne ma faza o w układzie Fe-Cr tworząca się poniżej 815°C przy zawartości ok. 46% at. Cr. Pojawia się w stopach żelaza zawierających więcej