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    合金元素與氮的相互作用

    發布者: 發布時間:2014/1/3 9:02:52 閱讀:次 【字體:

    合金元素與氮的相互作用

    氮化時鋼的合金元素改變氮在。a-相中的溶解度,合金元素镕入c—相和Y’—相中以及形式獨立的合金氮化物c—過渡元素鎢、鋼、鉻、欽、釩以及微量元素陸、銹能溶入到鐵索體中,提高氮在。a—相中的溶解度。例如,在500c的溫度下當鐵素體中銅的含量為1.2%時,在a—相中的氮含量(按重量)為o.62%,而在鐵素體中用臺量為6.65%時,在a—相中的氮含量可達到0.73MM。根據A.B.別洛襖基的資料,在500“C,含釩量為2.39%的鐵素體氮化時能得到氮濃度為1.5%的a—相,而含釩量8%時能得到a—相的氮濃度為3%。在合金結構鋼(38Cr 30crMo,18C r2Ni4WAP 38CrMoAlA和其他鋼)的鐵素體中氮的溶解度為o.2一o.陽,相比之下在工業純鐵中氮的溶解度僅為o.11%,在4C rH鋼的。—固镕體中氮的溶解度達到1.9%‘l oM’。在低溫氮化時鋁和硅實際上不改變氮在。—相中的溶解度。

    A.B.別格苯基把合金元素對氛在a—相中溶解度的影響與它的原子電子結構和孔隙大小聯系在一起,因為合金元素原子改變位于八面體孔隙中心的溶劑原子所造成的電離勢。取決于鐵與合金元素原子半徑對比關系的電離勢和孔隙尺寸的增加有利于氮的沼入。根據A.B.別洛茨基的資料在合金化的鐵合金中溶解的氮原子能夠有序地排列在。—相品格中,并且占據(601/2)和〔1/2l/20]的坐標位置,同時引起體心品格正方度的畸變。然而這個結論需要繼續驗證。

    鐵合金氮化時Y—相和s—相中一部分鐵原子被合金元素置氛產生鐵和合金元素聯合的氮化物或碳氮化合物(Fe,M)dNI(Fe,M)2Nl(Fq M)a(NC):(Fe,M)zN;(Fq M)z(NC)。在Y‘一相中溶解較大量的鋁、硅、也許還有鎳,會使Y’—相的單相區擴大。c—相的合金化提高其硬度和耐磨性。合金鋼氮化時能夠形成合金元素的氮化物。

    在圖6和表1內引用了用于合金鋼的最主要金屬氮化物的結晶結構,性能和成分的報導“M。大多數過渡族金屬氯化物屬于問除相并具有相當大的單相區,第y和v族元素的氮化物有特別大的單相區(見圖6)。這些氮化物具有高碩氏高的熔化溫度,但是脆而且抗高溫氧化性能不穩定。

    鋼中的某些過渡族金屬是形成氮化物的僅有元氖這些全屬的次外層電子的d層不像鐵那樣完全填滿。達民在氮化物形成隊氮把自己電子的一部分始了這些元素次外層未填滿的露—能帶。這些形成氮化物的元素的活性比J—層漢完全填滿的過渡族金屬的活性越強烈,氮化物的穩定性就越高。d—層電子比較滿的元素鎳和談雖然它們的氮化物也有報導(見表1),但實際上氯化時侖們在鋼中不形成氮化物。

    像碳化物一樣,氮化物的穩定性按下列順序增帆Ni4C。’FG個Mo,Cr‘Mo‘W,Nb,ViTilZh

    按同樣的頒序容易得到它們的氮化物。如果鐵和話的氮化物僅僅在分解的氨介質中氮化時才能得到(這時氨分解出原子撅),那么第財—V族金屬的氮化物是在分子氮的介質中加熱時形成。

    鎳的氮化物Ni:N和鉆的氮化物C。:N(Co:N)不穩定并且容易在比較低的溫度下或真空狀態下分低在加熱時氮化物的分解是分幾個階段進行的,首先進行氮—金屬鑲的裂解,’然后氮化物品格中形成氮原于的集聚,最后分子氮在位錯附近和晶界上及表面上析出。氮的析出引起氮化物結晶結構的改變,氮化物析出時形成具有其他形式原子排列的低氮化合物或原始狀態的固溶體。

    在鋼中存在鎳的碳氮化合物e—N叭NC),同型的鎳的氮化物c—Ni:N和鉆的碳氮化物Y—co:(N。.ah C。“),同型的鉆的氮化物Y—C。:N“M。但是它們在鋼中的形成沒有被實驗證明。

    當用原子序數較小的過渡族金屬[如格、欽v銳)合金化叭鐵族金屬的氮化物與這些金屬的碳化物的穩定可能不同。除過渡族金屬氮化物之外,在鋼和鑄鐵氮化時鋁、硅、鎂的氮化物具有很大的實際意義(見表1)。在很多用鋁脫氧的鋼中發現鋁的氯化物AlNo在氮含量高的情況下,可能鋼中鋁的大部分溶入Y’—G和c—相中。合金中鋁的含量僅在8—10%時才發現氮化層中鋁的氮化物單獨析出“M,。氮化物A1N可穩定到很高的溫度(>18009c)。鋁的氮化物AtN和鎂的氯化物Mg3Nz具有低的升華壓和分解6,這些性質區別于過渡金屬氮化物,因為過渡金屬氯化物具有高的升華和分解速度及高的升華壓和分解壓等待點。

    過渡族金屬氮化物有缺陷的結構與非過渡族金屬氮化物很嚴格的化學計量品格相比使氮原子容易從品格中析出和形成貿分子。

    在含鋁的合金鋼中鋁的六角形碳氮化合物A1sc aN(。=3.280,c=21.55)起決定性作用“。。在含硅量高的鑄鐵或鋼中形成穩定的六角形(。=7.753,c=6.618)硅的氮化物5i3N d或SiN,它的結構與A1N同品具有聚集的結構和幾乎相同的滲入原子尺寸的過渡金屆的碳化物和奴化物有相當大的互镕度。在合金鋼中能夠形成像M(N,C)LTi(NC),2r(N,c)或其他氮化物]或M2(N,C)[MO:(NC)或其他]氮化物為基的固溶體。

    同品的第11和1l族金屬氮化物也具有互溶度

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