Почему легированная сталь тверже углеродистой при одинаковой скорости охлаждения?

Твердость легированной стали выше, чем углеродистой при той же скорости охлаждения, по нескольким основным причинам, связанным с внутренним строением металла. 1. Влияние на прокаливаемость. Легирующие элементы (такие как хром, никель, марганец, молибден) замедляют процессы распада аустенита. Это означает, что критическая скорость закалки у легированных сталей ниже. При одной и той же скорости охлаждения в легированной стали образуется большее количество мартенсита — самой твердой фазы стали, в то время как в обычной углеродистой стали может образоваться смесь более мягких структур (перлита или бейнита). 2. Искажение кристаллической решетки. Атомы легирующих элементов имеют другие размеры по сравнению с атомами железа. Внедряясь в кристаллическую решетку, они создают внутренние напряжения и искажают её. Это затрудняет движение дислокаций (линейных дефектов решетки), что напрямую повышает твердость и прочность материала. 3. Образование специальных карбидов. Многие легирующие элементы (хром, вольфрам, ванадий) являются карбидообразующими. Вместо обычного цементита \(Fe_3C\) они образуют специальные карбиды, которые обладают гораздо более высокой твердостью. Формула таких соединений может быть представлена как: \[Me_xC_y\] где \(Me\) — легирующий металл. Эти частицы равномерно распределяются в структуре и дополнительно упрочняют сталь. 4. Измельчение зерна. Легирующие добавки способствуют формированию более мелкого зерна при термической обработке. Согласно закону Холла-Петча, чем меньше размер зерна, тем выше твердость и предел текучести металла. Таким образом, легирование позволяет получить более твердую и износостойкую структуру даже без экстремально быстрого охлаждения, что делает отечественные легированные стали одними из лучших в мире для производства высокопрочного инструмента и деталей машин.