碳化物是鋼中的重要組成相之一。碳化物類型、大小、形狀和分布對材料的性能有極其重要的影響。碳化物在鋼中的穩(wěn)定性取決于金屬元素與C親和力的大小，即主要取決于其d層電子數(shù)，d層電子越少，則金屬元素與C的結(jié)合強(qiáng)度越大，在鋼中的穩(wěn)定性也越大。應(yīng)該指出，碳化物在鋼中的穩(wěn)定性并不是單純由d層電子數(shù)來決定的，生成碳化物時的熱效應(yīng)也會影響碳化物的穩(wěn)定性。一般來說，碳化物的生成熱越大，所生成的碳化物也越穩(wěn)定。碳化物具有高硬度、脆性的特點(diǎn)。從高硬度看，碳化物具有共價鍵；但是碳化物具有正的電阻溫度系數(shù)，說明碳化物具有金屬的特性，保持著金屬鍵，所以一般認(rèn)為碳化物具有混合鍵，且金屬鍵占優(yōu)勢。根據(jù)合金元素和C的作用可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。
按照碳化物形成能力由強(qiáng)到弱排列，常用的碳化物形成元素有：Ti、Zr、Nb、V；Mo、W、Cr；Mn、Fe等。它們都是過渡族元素。過渡族金屬元素可依其與C的結(jié)合強(qiáng)度的大小分類：
?、賂i、Zr、Nb、V是強(qiáng)碳化物形成元素；
②W、Mo、Cr是中等強(qiáng)度碳化物形成元素；
③Mn和Fe屬于弱碳化物形成元素。
不同合金元素和C形成的碳化物類型不同，鋼中常見的碳化物主要有如下幾種。
M3C型：如 Fe3C、Mn3C，通常也稱為滲碳體。正交點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，單位晶胞中有12個 Fe(Mn)原子、4個C原子。M7C3型：如Cr7C3。復(fù)雜六方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，單位晶胞中有56個金屬元素（M）原子、24個C原子?？梢孕纬蓮?fù)合碳化物，即(Cr,Fe, Mo…)7C3。M23C6型：如 Cr23C6，常出現(xiàn)在 Cr含量較高的鋼中。復(fù)雜立方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，單位晶胞中有92個M原子、24個C原子。一般情況下，單元的碳化物比較少，部分Cr原子可由Mn、Fe等原子替代而形成復(fù)合碳化物。M2C型：如 Mo2C、W2C。密排六方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，單位晶胞中有6個M原子，3個C原子。MC型：如VC、TiC、NbC，簡單面心點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)；而 MoC、WC 是簡單六方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。一般情況下往往有空位，所以其一般式為MCx，x≤1，例V4C3，x=0.75。M6C型：如Fe3W3C、Fe3Mo3C、Fe4W2C等，它不是金屬型的碳化物。M6C型具有復(fù)雜立方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，單位晶胞中有96個M原子、16個C原子。這類碳化物常在含W、Mo合金元素的合金鋼中出現(xiàn)，其一般式為(W，Mo，F(xiàn)e)6C。
根據(jù)以上碳化物結(jié)構(gòu)類型可分為兩大類型：簡單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。屬于簡單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的有M2C型、MC 型，其特點(diǎn)是硬度較高、熔點(diǎn)較高、穩(wěn)定性較好。復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的有 M23C6型、M7C3型、M3C型，相對于簡單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的碳化物來說，其特點(diǎn)是硬度較低、熔點(diǎn)較低、穩(wěn)定性較差。值得指出的是M6C型碳化物，M6C型碳化物是復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，但是從性能上接近簡單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性要比 M23C6型、M7C3型好。
文章來自網(wǎng)絡(luò)
冀公網(wǎng)安備13050002001422號