Węgliki w stali – typowy składnik strukturalny występujący w stali.
Rozpuszczalność węgla w ferrycie wynosi do 0,02% wagowo, w związku z tym zarówno w stalach węglowych, jak i w stalach stopowych wydzielają się różnego rodzaju węgliki, z których najpowszechniejszym jest cementyt.
Pierwiastki węglikotwórcze w stali Niektóre pierwiastki stopowe dodawane do stali mają większe powinowactwo do węgla niż żelazo, stąd dość często w stalach występują węgliki stopowe, często oznaczane jako MACB, gdzie C oznacza węgiel, A i B – stechiometrię otrzymywanej fazy, a M oznacza mieszaninę metali wchodzących w skład komórki elementarnej tego węgliku. Często w skład jednej komórki elementarnej mogą wchodzić różne pierwiastki stopowe skłonne tworzyć daną stechiometrię, jak również żelazo. Stosunek atomów poszczególnych pierwiastków zależny jest od składu chemicznego stali i temperatury jej obróbki, jak również temperatury wydzielania danego węgliku. W stopach żelaza największą rolę odgrywają węgliki chromu, wanadu, wolframu, tytanu i niobu.
Rodzaje węglików W stalach mogą występować następujące rodzaje węglików: RodzajSieć krystalograficznaStosunek Fe, M/Cκheksagonalna, a=6,9 c=4,8 Å1,37εheksagonalna, a=2,737 c=4,339 Å2,4-3χ / węglik Haggajednoskośna, a=11,536 b=3,573 c=5,058 Å β=97,44°2,2 lub 2,5η / M2Crombowa, a=4,704 b=4,318 c=2,830 Å2Fe3Crombowa, a= 4,525 b=5,087 c=6,743 Å3M7C3rombowa, a=4,526 b=7,010 c=12,142 Å7/3(Fe, Si)CXrombowa, a=8,8 b=9,0 c=6,743 Å(Fe, Si)CXrombowa, a=6,5 b=7,7 c=10,4 Å(Fe, Si, Mn)CXrombowa, a=14,8 b=11,4 c=8,5 ÅM23C6regularna ściennie centrowana, a=10,621 Å23/6M6Cregularna ściennie centrowana, a=11,082 Å6Węglik Ctrójskośna, a=6,38 b=5,05 c=4,59 Å α=90° β=70,1° γ=84,7° Rodzaj powstających węglików zależy od temperatury. W niskich temperaturach ograniczona jest dyfuzja pierwiastków stopowych, w związku z czym powstają węgliki bogate w węgiel, o niskim współczynniku M/C. Wraz ze wzrostem temperatury dyfuzja przyśpiesza, umożliwiając powstanie węglików o większym nasyceniu pierwiastkami stopowymi.
Jednocześnie ze względu na etap obróbki, w którym wydzielają się węgliki, wyróżnia się podział na węgliki pierwotne, powstałe w trakcie odlewania i bezpośrednio po (z reguły o dużych rozmiarach), i węgliki wtórne, powstałe w trakcie późniejszej obróbki cieplnej.
Rola węglików Węgliki powstające w stali są fazą twardą i kruchą. Ponieważ ich powstawanie wynika ze zmieniającej się wraz z temperaturą rozpuszczalności węgla w austenicie i ferrycie, można uznać, że umacniają stal w sposób wydzieleniowy. Obecność węglików w stali najczęściej podnosi jej twardość, granicę plastyczności i wytrzymałości, a także odporność na zużycie ścierne. Węgliki wolframu i wanadu, ze względu na dużą trwałość, stabilizują właściwości stali w podwyższonych temperaturach. Węgliki odpowiedzialne są także za efekt twardości wtórnej, czyli zwiększenia twardości stali w trakcie odpuszczania. Jednocześnie obecność węglików może niekorzystnie wpływać na udarność, ciągliwość i odporność na pękanie stali.
Węgliki często powstają na granicach ziaren – miejscach łatwego zarodkowania. W niewielkich ilościach struktura taka jest korzystna, ponieważ ogranicza rozrost ziarna w trakcie austenityzowania lub odpuszczania, jednak wzrost liczby węglików na granicach powoduje powstanie siatki węglików i gwałtowny spadek udarności oraz odporności na pękanie. Również w stalach odpornych na korozje, ze względu na duże powinowactwo chromu do węgla, powstające na granicach ziaren węgliki mogą prowadzić do lokalnego zubożenia składu chemicznego, co powoduje rozwój korozji międzykrystalicznej.
Przypisy
Kategoria:Stal