一(yi)、鐵碳合金相圖
在不銹鋼熱處理工藝中,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)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)相圖,它(ta)是(shi)碳(tan)鋼在(zai)緩(huan)慢加(jia)熱(或(huo)緩(huan)慢冷卻)的條(tiao)件下(xia)(xia),不(bu)同成分(fen)的鐵(tie)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)的狀態或(huo)組織隨溫度變化的圖形(xing),是(shi)研究鐵(tie)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)在(zai)平(ping)衡狀態下(xia)(xia)的成分(fen)、金(jin)相組織和性(xing)能的基(ji)礎(chu)。鐵(tie)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)相圖也是(shi)鋼鐵(tie)(tie)熱處理的基(ji)礎(chu)(見圖3-1)。
為了便于(yu)查閱應(ying)用,現將鐵碳(tan)合金相圖(tu)中各點、線及其各種相的(de)特性分別列于(yu)表3-1~表3-4。
二、Fe-Cr合金相圖
Cr是決定不銹鋼耐蝕性的主要元素,研究不銹鋼(gang)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3-2中也可以(yi)看到以(yi)下幾點：
1. As，鐵的熔點是1539℃，隨著鉻的加入而降低，Fe-Cr合金(jin)的最低熔點及其相應的化學成分分別(bie)為1505℃及w(Cr)=22%。
2. 鉻(ge)使(shi)γ相區縮(suo)小到850～1400℃范圍內。
3. A3溫度(du)(α=y)，純鐵時(shi)(shi)為912℃，因鉻含量(liang)(liang)的增(zeng)加(jia)而下降，當w（Cr）提高(gao)到(dao)(dao)8％時(shi)(shi)，轉變溫度(du)降到(dao)(dao)極(ji)小值(zhi)850℃；鉻量(liang)(liang)再(zai)提高(gao)，A3溫度(du)開始迅速上升，w(Cr)=12%~13%時(shi)(shi)，約達到(dao)(dao)1000℃。賬
4. 溫度(du)，δ是高(gao)溫α相(xiang)(xiang)，純(chun)鐵(tie)轉(zhuan)變溫度(du)為1394℃，隨著鉻含量的(8)增加，轉(zhuan)變溫度(du)下(xia)移，w(Cr)達1212%~13%時，降至約1000℃；在1000℃左右，轉(zhuan)變溫度(du)線(xian)匯合而形成封閉的γ相(xiang)(xiang)區；當w(Cr)>12%~13%13％后(hou)，δ相(xiang)(xiang)不再(zai)轉(zhuan)變成γ相(xiang)(xiang)。
5. 在α與γ區間有一個α+y的雙相區。
6. 當溫度(du)低于820℃時，高鉻的Fe-Cr合(he)金可形成金屬間化合(he)物σ相(xiang)。
三、合(he)金元素對合(he)金相圖(tu)的(de)影響
1. Cr對(dui)Fe-C相圖的影(ying)響(xiang)
鉻是縮(suo)小γ相區(qu)的(de)鐵素體形成元素，隨著鉻含量的(de)增加，γ相區(qu)逐漸縮(suo)小。
圖3-3是w(Cr)=12%的Fe-CC平(ping)衡相(xiang)圖，從中可以看出，鉻縮小(xiao)了γ相(xiang)的區域；共析鋼的碳含量(liang)降低(di)（自B到B＇）；碳的量(liang)大溶(rong)解量(liang)減少（自E到E＇）；δ相(xiang)的穩定溫(wen)度(du)降低(di)（自FG到F'G'＇），α相(xiang)的穩定溫(wen)度(du)升高（自AB到A＇B＇）。
圖(tu)3-4是(shi)w(Cr)=20%時的(de)Fe-C平衡相圖(tu)，從(cong)中可以看到(dao)，當w(達到(dao)20％時，單相奧氏體已經不存在(zai)，只能(neng)與(yu)其(qi)他相（α相或(huo)碳(tan)化物）共同存在(zai)。
圖3-5是鉻含(han)量(liang)對Fe-C合金相圖中(zhong)奧氏體區(qu)域的(de)影響。隨(sui)著鉻含(han)量(liang)的(de)增加，奧氏體區(qu)域逐漸(jian)縮小。當w(Cr)達到(dao)20％時，奧氏體區(qu)域已不復存在，相當于一個(ge)點。
2. 合金元(yuan)素對Fe-Cr合金相(xiang)圖的影響
圖(tu)3-6是碳對Fe-Cr合金相(xiang)圖(tu)中(zhong)γ相(xiang)區(qu)的影響示意圖(tu)。在區(qu)域(yu)1中(zhong)，碳含(han)量為零；隨(sui)著碳含(han)量的增加(jia)，γ相(xiang)區(qu)域(yu)會向外擴(kuo)散，當w(C)=0.6%時(shi)(shi)，γ相(xiang)區(qu)域(yu)達到(dao)最大(da)范(fan)圍；當w(C)>0.6%時(shi)(shi)，因為形成的碳化(hua)鉻無法溶解，就無法擴(kuo)散γ相(xiang)區(qu)了。
圖(tu)(tu)(tu)3-7、圖(tu)(tu)(tu)3-8是碳、氮元素對Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)(tu)中(zhong)(γ+α)/α相(xiang)(xiang)界的(de)影響，碳、氮的(de)主(zhu)要影響是使α+γ相(xiang)(xiang)區(qu)向(xiang)(xiang)(xiang)鉻含量(liang)更高的(de)方向(xiang)(xiang)(xiang)移(yi)動(dong)。當w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時，Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)(tu)中(zhong)α+γ雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)區(qu)的(de)位置從w(Cr)=13%移(yi)到了(Cr)=17%；而當w(C)=0.04%w(N)=0.03%時，Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)(tu)中(zhong)α+γ雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)區(qu)則移(yi)到w(Cr)=21%;而當w(C)=0.19%w(N)=0.02%時，則可移(yi)至w(Cr)=26%處。另外，碳和氮還(huan)使α+γ雙(shuang)(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)區(qu)最寬位置向(xiang)(xiang)(xiang)高的(de)溫度(du)方向(xiang)(xiang)(xiang)移(yi)動(dong)。
圖(tu)(tu)3-9是鎳對(dui)Fe-Crr二元(yuan)相(xiang)圖(tu)(tu)的(de)(de)(de)(de)影響，鎳的(de)(de)(de)(de)作用與碳(tan)、氮相(xiang)似(si)，也可擴大α+γγ相(xiang)區的(de)(de)(de)(de)范圍(wei)。從圖(tu)(tu)3-9中可以明(ming)顯看出，當(dang)碳(tan)、氮含量(liang)一定時，隨(sui)著鎳含量(liang)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加，Fe-Cr相(xiang)圖(tu)(tu)中的(de)(de)(de)(de)α+γ相(xiang)區的(de)(de)(de)(de)范圍(wei)向著鉻含量(liang)更高的(de)(de)(de)(de)位(wei)置和(he)更高的(de)(de)(de)(de)溫度方向移動。
