Человек и его карбиды. Как рассчитать количество карбидов в стали? Приложен рассчёт.

Математический рассчёт по карбидам:    • Запись  

** Для тех, кто хоть немного дружит с математикой. За флуд и неконструктив конкретно по этой теме - бан вкачу сразу. Все комменты на премодерации. Если есть, что сказать, или не согласны, если кого учили иначе, сразу пишите рассчёты. Не флудите.

Итак.

1. Действие. Для начала, нам нужно зафиксировать состав стали. Допустим, берём 440C. Мы фиксируем такой состав. Допустим, C = 1% ; Cr = 18% ; Mo = 0.75%, остальное - железо. Из чего следует, что цель задачи - найти количество карбидов железа, хрома и молибдена.

2. Действие. Зафиксируем некоторые "популярные карбиды", каких больше всего. Cr7C3, Cr3C2, Fe3C, Mo2C. Писать все существующие карбиды не нужно. Нужно просто рассчитать коэффициент расхода углерода, средний. Для этого мы сложим число атомов металлов и поделим их на число атомов углерода.

2.1. Cr7 + Cr3 + Fe3 + Mo2 = 7 + 3 + 3 + 2 = 15
2.2. C3 + C2 + C + C = 7

3. Рассчитаем коэффициент (среднее) расхода углерода в карбидных соединениях = 15/7 = 2.1429

4. Теперь рассчитаем разницу между атомными массами. Нам также понадобится этот коэффициент.

(51.99 хром + 55.85 железо + 95.95 молибден) / 3 = 67.93 средняя масса, она легче, чем углерод в = 67.93 / 12.01 = 5.6 раз. Далее, = 5.6 * 1% (процент углерода в стали) = 5.6. Мы запомним этот коэффициент. Здесь - самый важный момент. Если количество углерода хотя бы немного поменять, этот кэф будет сильно влиять на результаты.

5. Из сказанного выше, мы получаем верхний предел по количеству возможных карбидов и нижний предел. В идеальных условиях, если 100% углерода свяжется в карбиды, чего быть не может, величина верхнего предела = 5.6 * 2.1429 = 12.00% карбидов (что совпадает с теоретическими данными). Однако, эта величина бессмысленна, так как это недостижимый на практике, теоретический максимум, верхний предел функции. Соответственно, нижний предел = 0, сырая сталь, где карбидов вообще нет.

6. Термодинамика.
Если учесть, что:
Общий углерод = 1%
Растворимость в мартенсите: примерно 0.5% (примерно половина)
Остаток на карбиды: 1% – 0.5% = 0.5% C

Карбидная фракция: 0.5% (нерастворённый остаток) * 5.6 (кэф по массе) * 2.1429 (кэф по расходу) = 6.00% (массовая доля карбидов). То есть, фактически, мы получили ровно половину от возможного максимума. Есть небольшая вероятность, что если бы сталь была порошковой, 1% углерода дал бы результат очень близкий к техническому максимуму, то есть, к 12%.

Распределяем по карбидам:
Cr7C3 (~80%) → 6.00 % * 0.8 = 4.80 %
Cr3C2 (~10%) → 6.00 % * 0.1 = 0.60 %
Mo2C (~10%) → 6.00 % * 0.1 = 0.60 %

Получается, что у нас в структуре стали 440C при закалке и отпуске остаётся около 6.00 % карбидов, из которых 4.80 % – Cr7C3, 0.60 % – Cr3C2, 0.60 % – Mo2C.

Ответ: в закалённой стали 440C с зафиксированным химическим составом C = 1% ; Cr = 18% ; Mo = 0.75% = всего 6.00 % чистых карбидов. Все остальные соединения карбидами не являются. Если Вам нужно пересчитать другие твёрдые соединения, аналогичное нужно сделать по отношению к интерметаллидам.