Условия образования твердых растворов и фаз внедрения (специальных карбидов, нитридов) в сплавах на основе железа. Магнитомягкие материалы, их состав, свойства, области применения, страница 2

Растворы этого типа образуются при растворении металла или металлоида в химическом соединении, при этом некоторые позиции второго компонента в кристаллической решетке оказываются незанятыми (раствор с дефектной решеткой на базе химического соединения). К растворам этого типа относятся так называемые фазы внедрения: ТаС, WC, TiC, FeO и др. Хотя отношение долей атомов различных компонентов в этих соединениях должно составлять 1:1, некоторые позиции в междоузлиях не заняты атомами неметалла. Вакантные места появляются там, где раньше находились атомы с меньшим атомным радиусом, например в FeO позиция железа (хотя атомный радиус железа больше атомного радиуса кислорода, но в FeO железо существует в виде иона и его радиус оказывается меньше). В растворах вычитания параметр решетки всегда снижается по мере увеличения концентрации примеси вследствие образования вакантных узлов.

Фазы — твердые растворы вычитания — широко встречаются в сверхтвердых сплавах.

Легирующие эл-ты в сплавах на основе Fe могут образовывать карбиды, нитриды и др фазы внедрения. Легир Эл-ты с химическим сродством к углероду больше, чем у Fe обр-ют в стали карбиды (спец.карбиды Cr₇C₃→Mo₂C→WC→VC→TiC→ZrC уст-ть растет от Сr к Zr. Эти эл-ты расположены левее Fe. В процессе карбидообразования углерод отдает свои валентные  на заполнение d-электронного уровня атомов Ме. Валентные  Ме образуют мет связи, которые обуславливают мет свойства карбидов. Поэтому только эл-ты с d-уровнем заполненным меньше, чем у Fe являются карбидообразующими, и активность их тем больше, чем менее застроен d-уровень. При растворении в стали Ni и Co карбидов не образуется. Чем больше сродство легир эл-ов к углероду, тем меньше должно быть вводимое кол-во в сталь эл-ов. Ti,V,Nb,Zr,в малых кол-ах, Cr – в больших.

Самые сильные карбидообразователи Ti,V,Nb,Zr обр-ют карбиды типа Ме-С, с кубической или с гексагональной плотноупакованной решеткой. Менее устойчивые карбиды Cr, Mo, W.

Нитриды переходных металлов во многих отношениях очень тесно примыкают к карбидам. Они близки к карбидам по структуре и свойствам (у металлов начальных групп, например, и те и другие обладают металлической природой, высокими температурами плавления, высокой твердостью) и по сфере практического применения. Закономерности образования нитридов и карбидов в рамках периодической системы элементов и их устойчивость весьма сходны между собой. Существуют, однако, и важные различия, которые в очень большой степени связаны с различием валентности азота и углерода. Поскольку атом азота трехвалентен, а атом углерода четырехвалентен, прочность связи между атомом металла и атомом неметалла в нитридах оказывается более низкой. Разница в атомных размерах у азота и углерода относительно мала.

О том, что атом азота, расположенный в междоузлии, сравнительно мал, свидетельствует и тесная структурная связь нитридов с исходным твердым раствором. Правило Хэгга для нитридов хорошо выполняется.

Устойчивость нитридов уменьшается в порядке Сr → Мn → Fe→ Со → Ni; в том же порядке возрастает трудность их приготовления. Так, нитриды металлов IV—VI групп можно получать просто азотированием путем нагрева металла в атмосфере газообразного азота, нитриды же Mn, Fe, Co и Ni — только в аммиаке (или, с трудом, в азоте при повышенном давлении)

В общем случае кристаллические структуры нитридов таковы, что атомы металлов в них образуют или те же самые решетки, что и в случае чистых металлов, т. е. кубические или гексагональные-плотноупакованные, или очень сходные с ними. В нитридах Fe, Co. и Ni атомы N имеют тенденцию располагаться упорядоченно, а небеспорядочно, как в более тугоплавких нитридах.

2. Магнитомягкие материалы, их состав, свойства, области применения.

Магнитно-мягкими материалами называют такие материалы (ферромагнетики или ферримагнетики) которые очень легко (в малых магнитных полях) намагничиваются и перемагничиваются., т. е. это материалы, обладающие высокими значениями максимальной μ_max и начальной μ_а проницаемости, низкой коэрцитивной силой Н_с и малыми потерями на перемагничивание.

Выделют следующие группы сплавов:

-технически чистое железо;

-железокремнистые сплавы (электротехнические стали);

-сплавы на основе системы железо—никель (пермаллои);