一(yi)、鐵碳(tan)合金相圖

  在不銹鋼熱(re)處理工藝中,鋼的加熱是為了獲得奧氏體,而奧氏體是碳素鋼在高溫狀態時的組織,其晶粒大小、成分及均勻程度,對鋼冷卻后的組織和性能有著重要的影響。因此了解鋼在加熱時組織結構的變化規律,是對鋼進行正確熱處理的先決條件。

 為此首(shou)先要了解鐵(tie)碳(tan)(tan)合(he)金相(xiang)圖,它(ta)是碳(tan)(tan)鋼在緩(huan)(huan)慢加熱(或緩(huan)(huan)慢冷(leng)卻)的(de)(de)(de)條件下,不同成(cheng)分的(de)(de)(de)鐵(tie)碳(tan)(tan)合(he)金的(de)(de)(de)狀(zhuang)態(tai)(tai)或組織隨(sui)溫度變化(hua)的(de)(de)(de)圖形(xing),是研究鐵(tie)碳(tan)(tan)合(he)金在平(ping)衡狀(zhuang)態(tai)(tai)下的(de)(de)(de)成(cheng)分、金相(xiang)組織和性能的(de)(de)(de)基礎。鐵(tie)碳(tan)(tan)合(he)金相(xiang)圖也是鋼鐵(tie)熱處(chu)理的(de)(de)(de)基礎(見圖3-1)。

  為了便于查(cha)閱應用(yong),現將(jiang)鐵碳合金(jin)相圖(tu)中各點、線及其各種相的特性分別列于表3-1~表3-4。

二、Fe-Cr合金相圖(tu)

  Cr是決定不銹鋼耐蝕性的主要元素,研究不銹鋼及其熱處理,就必須研究Fe-Cr合金相圖(見圖3-2)。從圖中可以看到,當Cr含量(質量分數)超過12.5%時,即可使純鐵成為單一的鐵素體。

 從圖(tu)3-2中也可以看到(dao)以下幾點：

   1. As，鐵的(de)熔點是(shi)1539℃，隨著鉻的(de)加(jia)入而(er)降低，Fe-Cr合(he)金的(de)最低熔點及(ji)其相應(ying)的(de)化學(xue)成分分別為1505℃及(ji)w(Cr)=22%。

   2. 鉻(ge)使γ相區(qu)縮小到(dao)850～1400℃范圍內(nei)。

   3. A3溫度(α=y)，純鐵時(shi)為(wei)912℃，因鉻(ge)含量的增加而下降，當w（Cr）提(ti)高到8％時(shi)，轉變溫度降到極小值850℃；鉻(ge)量再(zai)提(ti)高，A3溫度開始迅(xun)速上升，w(Cr)=12%~13%時(shi)，約達到1000℃。賬

   4. 溫(wen)度(du)，δ是高溫(wen)α相，純(chun)鐵轉變溫(wen)度(du)為1394℃，隨(sui)著鉻含量(liang)的(de)(8)增加，轉變溫(wen)度(du)下移(yi)，w(Cr)達1212%~13%時，降至約1000℃；在1000℃左右，轉變溫(wen)度(du)線匯合而形成封閉的(de)γ相區；當w(Cr)>12%~13%13％后，δ相不再轉變成γ相。

   5. 在α與γ區間有一個α+y的雙相區。

   6. 當(dang)溫(wen)度低于820℃時(shi)，高(gao)鉻的Fe-Cr合金(jin)可(ke)形成金(jin)屬間(jian)化合物σ相。

三、合金(jin)元素對合金(jin)相(xiang)圖(tu)的影響(xiang)

 1. Cr對Fe-C相圖的影(ying)響

   鉻(ge)是縮小(xiao)γ相(xiang)區的(de)鐵素體形成元素，隨(sui)著鉻(ge)含量的(de)增加，γ相(xiang)區逐漸縮小(xiao)。

  圖(tu)3-3是w(Cr)=12%的Fe-CC平衡相圖(tu)，從中可以看出(chu)，鉻縮小了γ相的區(qu)域；共析鋼(gang)的碳(tan)含量(liang)降低（自(zi)B到(dao)(dao)B＇）；碳(tan)的量(liang)大溶解量(liang)減少(shao)（自(zi)E到(dao)(dao)E＇）；δ相的穩(wen)定溫(wen)度降低（自(zi)FG到(dao)(dao)F'G'＇），α相的穩(wen)定溫(wen)度升(sheng)高（自(zi)AB到(dao)(dao)A＇B＇）。

  圖3-4是(shi)w(Cr)=20%時的Fe-C平衡相(xiang)圖，從(cong)中可以看到(dao)，當w(達到(dao)20％時，單(dan)相(xiang)奧(ao)氏體已(yi)經不(bu)存(cun)在，只能與其(qi)他相(xiang)（α相(xiang)或(huo)碳化物(wu)）共(gong)同(tong)存(cun)在。

  圖3-5是鉻含量對Fe-C合(he)金相圖中奧(ao)氏體區域(yu)的影響。隨著鉻含量的增加，奧(ao)氏體區域(yu)逐漸縮小。當w(Cr)達到(dao)20％時(shi)，奧(ao)氏體區域(yu)已(yi)不復存在，相當于一個(ge)點。

 2. 合金(jin)元(yuan)素對Fe-Cr合金(jin)相圖的影響

   圖3-6是碳對Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)圖中(zhong)γ相(xiang)(xiang)區的(de)影(ying)響示(shi)意圖。在(zai)區域1中(zhong)，碳含量為零；隨著(zhu)碳含量的(de)增加，γ相(xiang)(xiang)區域會向外擴散，當(dang)w(C)=0.6%時，γ相(xiang)(xiang)區域達到最大范圍；當(dang)w(C)>0.6%時，因為形成的(de)碳化鉻無(wu)法溶解(jie)，就無(wu)法擴散γ相(xiang)(xiang)區了。

   圖3-7、圖3-8是(shi)碳、氮(dan)元素對Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)圖中(γ+α)/α相(xiang)(xiang)界的(de)影響，碳、氮(dan)的(de)主要影響是(shi)使α+γ相(xiang)(xiang)區(qu)(qu)向(xiang)(xiang)鉻(ge)含(han)量(liang)更高(gao)的(de)方向(xiang)(xiang)移動。當(dang)w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時(shi)，Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)圖中α+γ雙(shuang)相(xiang)(xiang)區(qu)(qu)的(de)位置從(cong)w(Cr)=13%移到(dao)了(Cr)=17%；而當(dang)w(C)=0.04%w(N)=0.03%時(shi)，Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)圖中α+γ雙(shuang)相(xiang)(xiang)區(qu)(qu)則(ze)移到(dao)w(Cr)=21%;而當(dang)w(C)=0.19%w(N)=0.02%時(shi)，則(ze)可移至w(Cr)=26%處。另外，碳和氮(dan)還(huan)使α+γ雙(shuang)相(xiang)(xiang)區(qu)(qu)最寬(kuan)位置向(xiang)(xiang)高(gao)的(de)溫度方向(xiang)(xiang)移動。

   圖(tu)3-9是鎳(nie)對Fe-Crr二元相圖(tu)的(de)影響(xiang)，鎳(nie)的(de)作用與(yu)碳、氮相似，也可擴(kuo)大α+γγ相區的(de)范(fan)圍。從(cong)圖(tu)3-9中可以明顯看(kan)出，當碳、氮含量一定(ding)時，隨著(zhu)鎳(nie)含量的(de)增加，Fe-Cr相圖(tu)中的(de)α+γ相區的(de)范(fan)圍向(xiang)著(zhu)鉻含量更高的(de)位置(zhi)和更高的(de)溫度方向(xiang)移動。