一、鐵碳合金相圖
在不銹鋼(gang)熱處(chu)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。
為此首先要了解鐵碳合(he)金相(xiang)(xiang)圖,它是(shi)(shi)碳鋼在緩慢加熱(或緩慢冷(leng)卻(que))的(de)條(tiao)件下,不同成(cheng)分的(de)鐵碳合(he)金的(de)狀態或組織隨溫度變化的(de)圖形,是(shi)(shi)研究鐵碳合(he)金在平衡(heng)狀態下的(de)成(cheng)分、金相(xiang)(xiang)組織和性能的(de)基(ji)(ji)礎。鐵碳合(he)金相(xiang)(xiang)圖也(ye)是(shi)(shi)鋼鐵熱處理(li)的(de)基(ji)(ji)礎(見(jian)圖3-1)。
為(wei)了便(bian)于查閱應用,現將鐵碳合金相(xiang)圖中各(ge)點(dian)、線及其各(ge)種(zhong)相(xiang)的特性分別列于表(biao)3-1~表(biao)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(yi)看到以(yi)下(xia)幾(ji)點：
1. As，鐵的(de)(de)熔點是1539℃，隨著鉻(ge)的(de)(de)加入而降低(di)，Fe-Cr合(he)金(jin)的(de)(de)最低(di)熔點及(ji)其(qi)相(xiang)應的(de)(de)化學成分分別為1505℃及(ji)w(Cr)=22%。
2. 鉻使γ相區縮小到850～1400℃范圍(wei)內。
3. A3溫(wen)度(du)(du)(α=y)，純鐵時(shi)(shi)為912℃，因鉻(ge)含量(liang)的(de)增加(jia)而下降，當(dang)w（Cr）提(ti)高(gao)到8％時(shi)(shi)，轉變溫(wen)度(du)(du)降到極小值850℃；鉻(ge)量(liang)再提(ti)高(gao)，A3溫(wen)度(du)(du)開始迅速上升(sheng)，w(Cr)=12%~13%時(shi)(shi)，約(yue)達到1000℃。賬
4. 溫度，δ是高溫α相(xiang)(xiang)，純鐵(tie)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)溫度為1394℃，隨著鉻含量的(8)增加，轉(zhuan)(zhuan)變(bian)溫度下移，w(Cr)達(da)1212%~13%時，降(jiang)至約1000℃；在1000℃左右，轉(zhuan)(zhuan)變(bian)溫度線(xian)匯(hui)合(he)而形(xing)成(cheng)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)(zhuan)變(bian)成(cheng)γ相(xiang)(xiang)。
5. 在α與γ區間有一個(ge)α+y的雙相區。
6. 當(dang)溫度低于820℃時(shi)，高鉻的Fe-Cr合(he)金可形成金屬間化合(he)物σ相。
三、合金元素對合金相(xiang)圖的影響
1. Cr對Fe-C相圖的(de)影響
鉻是縮小γ相(xiang)區的鐵(tie)素(su)體(ti)形成(cheng)元素(su)，隨著鉻含量的增加，γ相(xiang)區逐(zhu)漸縮小。
圖3-3是w(Cr)=12%的(de)(de)Fe-CC平衡相圖，從(cong)中可以看出(chu)，鉻縮小了γ相的(de)(de)區域；共(gong)析鋼(gang)的(de)(de)碳含量(liang)(liang)降(jiang)低（自(zi)B到(dao)(dao)B＇）；碳的(de)(de)量(liang)(liang)大溶解量(liang)(liang)減(jian)少（自(zi)E到(dao)(dao)E＇）；δ相的(de)(de)穩(wen)定溫度降(jiang)低（自(zi)FG到(dao)(dao)F'G'＇），α相的(de)(de)穩(wen)定溫度升高（自(zi)AB到(dao)(dao)A＇B＇）。
圖3-4是(shi)w(Cr)=20%時(shi)(shi)的Fe-C平(ping)衡相(xiang)(xiang)(xiang)圖，從中可以(yi)看(kan)到(dao)，當w(達到(dao)20％時(shi)(shi)，單相(xiang)(xiang)(xiang)奧氏體已經不(bu)存在(zai)，只能(neng)與其他相(xiang)(xiang)(xiang)（α相(xiang)(xiang)(xiang)或碳化物）共同(tong)存在(zai)。
圖(tu)3-5是鉻含量對Fe-C合金相圖(tu)中(zhong)奧氏體區(qu)域的(de)影響。隨(sui)著鉻含量的(de)增(zeng)加，奧氏體區(qu)域逐漸(jian)縮小。當w(Cr)達到20％時(shi)，奧氏體區(qu)域已不復存在(zai)，相當于一個點。
2. 合金(jin)元素對Fe-Cr合金(jin)相圖的影響(xiang)
圖3-6是碳(tan)對Fe-Cr合金相(xiang)(xiang)(xiang)圖中(zhong)γ相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)的(de)影響示意(yi)圖。在區(qu)域1中(zhong)，碳(tan)含(han)量為零；隨著碳(tan)含(han)量的(de)增(zeng)加，γ相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)域會(hui)向外擴散，當w(C)=0.6%時，γ相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)域達到最大范(fan)圍(wei)；當w(C)>0.6%時，因為形成(cheng)的(de)碳(tan)化鉻無法溶(rong)解，就無法擴散γ相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)了。
圖(tu)3-7、圖(tu)3-8是(shi)碳(tan)、氮元素對Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)中(zhong)(γ+α)/α相(xiang)(xiang)(xiang)界的影(ying)響(xiang)(xiang)，碳(tan)、氮的主要影(ying)響(xiang)(xiang)是(shi)使(shi)α+γ相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)向(xiang)鉻含(han)量更(geng)高(gao)(gao)的方向(xiang)移(yi)(yi)動。當w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時(shi)，Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)中(zhong)α+γ雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)的位置從w(Cr)=13%移(yi)(yi)到了(Cr)=17%；而當w(C)=0.04%w(N)=0.03%時(shi)，Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)中(zhong)α+γ雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)則(ze)移(yi)(yi)到w(Cr)=21%;而當w(C)=0.19%w(N)=0.02%時(shi)，則(ze)可(ke)移(yi)(yi)至w(Cr)=26%處。另外(wai)，碳(tan)和氮還使(shi)α+γ雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)最寬(kuan)位置向(xiang)高(gao)(gao)的溫度方向(xiang)移(yi)(yi)動。
圖3-9是鎳對Fe-Crr二元相圖的(de)影(ying)響，鎳的(de)作(zuo)用(yong)與碳、氮相似，也(ye)可擴大α+γγ相區的(de)范圍。從(cong)圖3-9中(zhong)可以明顯看出，當碳、氮含(han)量(liang)一(yi)定時，隨著鎳含(han)量(liang)的(de)增加，Fe-Cr相圖中(zhong)的(de)α+γ相區的(de)范圍向(xiang)著鉻含(han)量(liang)更(geng)高(gao)的(de)位置(zhi)和更(geng)高(gao)的(de)溫度方(fang)向(xiang)移(yi)動。
