碳化物

属于间隙化合物过渡族金属钛、钒、铌、锆、钽、钨、钼、铬、锰和铁等与钢中的碳发生作用，形成一系列二元合金碳化物，它们的特征是：具有高的硬度、弹性模量和熔点，高的生成热并具有导电性根据司门与碳相互作用的强弱及其在钢中的稳定性，可分为4类：(1)强碳化物形成元素，如钛、锆、钒、铌和钽(2)中强碳化物形成元素，如铬、钼和钨。(3)弱碳化物形成元素，如锰和铁。(4)非碳化物形成元素，如镍和钴等。碳化物的晶体结构是由金属和碳的两组亚点阵组成的间隙结构。由过渡族金属原子半径(Rm)和碳的原子半径(Rc)的比值(Rc/Rm)决定形成简单密排结构还是复杂结构的碳化物。

当Rc/Rm<0.59时，形成简单密排结构的碳化物，如钒族元素(钒、铌、钽)和钛族元素(钛、锆)与碳形成面心立方点阵的MC型碳化物(M代表金属)VC、NbC、TaC、TiC、ZrC。而钨、钼与碳形成六方点阵的碳化物；MC型的碳化物有WC和MoC，M2C型的有W₂C和Mo₂C。当Rc/Rm>0.59时，形成复杂结构的碳化物，复杂立方M₂₃C₆型的碳化物有Cr₂₃C₆和Mn₂₃C₆；复杂六方M₇C₃型的有Cr₇C₃和Mn₂C₃；正交晶系的M₃C型碳化物有Fe₃C和Mn₃C。钢中还形成三元碳化物，具有复杂立方结构的M₆cC型碳化物，如。Fe₃W₃C和Fe₃Mo₃C；具有复杂立方结构的M₂₃C₆型碳化物，如Fe₂₁W₂C₆和Fe₂₁Mo₂C₆。钢中若同时存在多种。碳化物形成元素，则会形成多种碳化物形成元素的复合碳化物，各种碳化物之间可以完全互溶或部分溶解。钒族元素和钛族元素的MC型碳化物之间可以完全互溶，形成(M1，M2)C复合碳化物如(v，Nb)C，(V，Ti)C等；Fe₃W₃C和Fe₃Mo₃C之间完全互溶形成Fe（W，Mo)_3C；Fe₃C与Mn₃C之间完全互溶形成(Fe，Mn)_3C相互间部分溶解的有Fe₃C和Cr₂₃C₆等，Fe₃C中可溶解28%、<14％钼、2％钨、≤3％钒，形成合金渗碳体；Cr₂₃C₆中可溶解25％铁和少量的钼、钨、锰、钒和镍等元素。碳化物中的碳原子可被其他间隙元素如氮和氧所置换，尤其是钛族元素的碳化物最显著，如TiC中的碳常被氮和氧置换，形成Ti(C，O，N)。

碳化物在钢中的稳定性可用其生成热(△H)来比较，生成热越高，它在钢中的稳定性也越高。钢中碳化物的相对稳定性对钢中转变有重要影响。强碳化物较稳定，溶解温度高，溶解速度慢，析出后聚集长大速度慢，成为钢中的强化相，如TiC、VC、NbC等。中强碳化物如M₂C型钨、钼碳化物，其稳定性稍低，仍可作500～600℃范围的强化相。铬和锰的碳化物稳定性差，一般不能作强化相。