鋼中的碳化物

1、精選文檔白口鑄鐵中碳化物的類型根據(jù)碳化物的結(jié)晶點陣形式，碳化物可分為兩大類型：1簡單密排結(jié)構(gòu)的間隙碳化物 當(dāng)rC/rM0.59時，碳不可能與金屬元素形成簡單密排的間隙相，而是形成一種結(jié)晶點陣復(fù)雜的間隙化合物。Cr、Mn、Fe的碳化物屬于復(fù)雜密排結(jié)構(gòu)，其中M23C6、M6C為復(fù)雜立方、M7C3為復(fù)雜六方、M3C為斜方點陣。常見到的復(fù)雜密排結(jié)構(gòu)的碳化物為M3C型Fe3C、Mn3C或(Cr、Fe)3C，簡稱Kc；M7C3型Cr7C3、Mn7C3或(Cr、Fe)7C3，簡稱K2；M23C6型Cr23C6、Mn23C6，及三元碳化物Fe21W2C6、Fe21Mo2C6、(Cr、Fe)23C6，簡稱K1；

2、M6C型Fe3W3C、Fe4W2C、Fe3Mo3C、Fe4MoC等三元碳化物。(1)M3C型碳化物：最常見的是普通白口鑄鐵中的滲碳體(Fe3C)。滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)為斜方晶格，晶格常數(shù)a=0.45144m，b=0.50787m，c=0.67287m。滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)見圖1所示。在每個碳原子外圍都有六個鐵原子，它們構(gòu)成八面體，各八面體的軸彼此傾斜一個角度形成菱晶。因為每個八面體內(nèi)部都有一個C原子，而每個Fe原子都同時屬于兩個八面體，因此正好滿足分子式中Fe3C的Fe/C原子比。一個滲碳體的空間八面體的投影為菱形的鏈狀結(jié)構(gòu)(見圖2)。從整體看，菱形面之間互相平行，呈層狀排列。在每個菱晶中，F(xiàn)eC原子

3、由共價鍵連接，它是由四個碳原子的共價電子和四個最近位于菱晶頂尖的鐵原子3d電子來實現(xiàn)的。其余的兩個鐵原子處于鄰近的菱晶中，在那里，鐵原子與下一個碳原子的距離較小，因而在各層上便具有了牢固的聯(lián)系。此外鐵和碳之間的電負(fù)性差更增強(qiáng)了FeC的結(jié)合，故FeC結(jié)合強(qiáng)度約為FeFe結(jié)合強(qiáng)度的兩倍。而層與層之間則由鐵原子之間的金屬鍵連接，層間的結(jié)合力弱，使?jié)B碳體形成強(qiáng)烈的各向異性。往鐵碳二元合金中加入第三元素，可使FeC鍵的強(qiáng)度發(fā)生變化。使FeC鍵增強(qiáng)的元素促進(jìn)滲碳體更穩(wěn)定；而使FeC鍵變?nèi)醯脑?，F(xiàn)eC鍵容易斷開，削弱滲碳體穩(wěn)定，結(jié)果促進(jìn)石墨化。圖1 滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)圖2 滲碳體的鏈狀結(jié)構(gòu)Fe原子 C原子粗

4、線方向鍵一些元素能有限固溶于Fe3C，形成合金滲碳體。Fe3C可溶解的元素分別為：w(Cr)28%，w(Mn)14%，w(W)2%，w(V)3%。形成的合金滲碳體(Fe、M)3C化合價高，共價鍵更牢固，滲碳體更穩(wěn)定。(2)M7C3型碳化物：這種類型碳化物的典型代表是Cr7C3，它由56個鉻原子和24個碳原子組成，是比M3C更為復(fù)雜的晶系。M7C3的三種結(jié)晶系為：六方晶系、斜方晶系及菱形晶系。晶格常數(shù)見表1。表1 M7C3碳化物的晶型結(jié)構(gòu)9 10結(jié)晶系晶格常數(shù)m密度gcm3六方晶系a=0.688b=0.4546.92斜方晶系a=0.454b=0.688a=1.194菱形晶系a=1.398b=0.

5、452Cr7C3中的Cr能被Fe、Mn部分取代，如果溶解60%以上的Fe就變成(Fe、Cr)7C3。(3)M23C6型碳化物：由92個原子組成一立方點陣晶胞，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。大晶胞分成8個小立方體，在小立方體角上，交替地存在成為立方八面體或立方體的原子群。碳化物中M通常以Cr為主，形成M23C6，有時也有以Mn為主的。合金中含有較多的Mo、W時形成Fe21Mo2C6或Fe21W2C6型碳化物。在Cr23C6結(jié)構(gòu)中，每個小立方體的中心還附加一個只限于能被W替代的原子。當(dāng)被W替代時，形成(Fe、W、Cr)23，C6晶型。碳原子在Cr23C6晶胞中位于大立方體的邊上，同時處在立方八面體及小立方體之

6、間，因此每個碳原子有8個相鄰的金屬原子，見圖4所示。圖3 (Cr、Fe、W、Mo)23C6晶胞結(jié)構(gòu)。金屬原子 C原子圖4 在Cr23C6晶胞中，碳與相鄰金屬原子的關(guān)系注：圖中尺寸單位nm(4)M6C：這種碳化物足由W、Fe、C構(gòu)成的復(fù)雜間隙相三元化合物，存在于高鎢鑄鐵中，顯微硬度高達(dá)2250HV以上，同時具有良好的強(qiáng)韌性能。鑄態(tài)高鎢鑄鐵中的碳化物由M6C及M3C或M23C6、M7C3組成，但主要相仍是M6C。該相為介穩(wěn)定組織，平衡處理后消失，由WC代替。M6C為面心立方晶格，由96個金屬原子和16個碳原子組成，有48個W原子分布于八面體的頂點，圖5是M6C的晶格結(jié)構(gòu)。在48個Fe原子中有32個分布于八個四面體頂點，四面體中心