一、鐵(tie)碳合金相圖(tu)
在不銹鋼(gang)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。
為此首先(xian)要了解鐵(tie)碳(tan)(tan)合(he)金相(xiang)圖,它(ta)是碳(tan)(tan)鋼(gang)在(zai)緩(huan)慢(man)加熱(re)(或緩(huan)慢(man)冷卻)的(de)(de)條(tiao)件(jian)下(xia),不同(tong)成分的(de)(de)鐵(tie)碳(tan)(tan)合(he)金的(de)(de)狀(zhuang)態或組(zu)織隨溫(wen)度(du)變(bian)化的(de)(de)圖形,是研究(jiu)鐵(tie)碳(tan)(tan)合(he)金在(zai)平衡狀(zhuang)態下(xia)的(de)(de)成分、金相(xiang)組(zu)織和(he)性(xing)能的(de)(de)基(ji)礎(chu)。鐵(tie)碳(tan)(tan)合(he)金相(xiang)圖也是鋼(gang)鐵(tie)熱(re)處理的(de)(de)基(ji)礎(chu)(見圖3-1)。
為了便于查閱(yue)應(ying)用,現將(jiang)鐵碳合金相(xiang)圖中(zhong)各點(dian)、線及其(qi)各種相(xiang)的特性分別列于表(biao)3-1~表(biao)3-4。
二(er)、Fe-Cr合金相(xiang)圖
Cr是決定不銹鋼耐蝕性的主要元素,研究不(bu)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(cong)圖3-2中也可以看到以下幾點：
1. As，鐵(tie)的(de)熔(rong)點是1539℃，隨著(zhu)鉻的(de)加入而降低，Fe-Cr合金的(de)最低熔(rong)點及(ji)其(qi)相應(ying)的(de)化學成分(fen)分(fen)別為1505℃及(ji)w(Cr)=22%。
2. 鉻使γ相區縮小(xiao)到850～1400℃范圍內。
3. A3溫(wen)度(α=y)，純(chun)鐵時(shi)為912℃，因鉻(ge)含量的增(zeng)加而下降(jiang)，當w（Cr）提高(gao)到(dao)(dao)8％時(shi)，轉變(bian)溫(wen)度降(jiang)到(dao)(dao)極(ji)小(xiao)值850℃；鉻(ge)量再提高(gao)，A3溫(wen)度開始迅速上升(sheng)，w(Cr)=12%~13%時(shi)，約(yue)達到(dao)(dao)1000℃。賬
4. 溫(wen)度，δ是高溫(wen)α相，純鐵轉變溫(wen)度為1394℃，隨著鉻含量的(8)增加，轉變溫(wen)度下移，w(Cr)達1212%~13%時，降至約1000℃；在1000℃左右，轉變溫(wen)度線匯合而形成(cheng)(cheng)封閉的γ相區；當(dang)w(Cr)>12%~13%13％后，δ相不再(zai)轉變成(cheng)(cheng)γ相。
5. 在α與γ區間有一個α+y的雙相區。
6. 當(dang)溫度低于(yu)820℃時，高鉻的(de)Fe-Cr合金(jin)可(ke)形(xing)成金(jin)屬間化(hua)合物σ相(xiang)。
三、合金(jin)元(yuan)素對(dui)合金(jin)相(xiang)圖的影(ying)響
1. Cr對(dui)Fe-C相(xiang)圖(tu)的影響(xiang)
鉻(ge)是縮(suo)小γ相區的(de)鐵(tie)素體形成元素，隨著鉻(ge)含量的(de)增加，γ相區逐漸縮(suo)小。
圖3-3是w(Cr)=12%的Fe-CC平(ping)衡相圖，從中可以看出，鉻(ge)縮小了γ相的區(qu)域(yu)；共析鋼的碳(tan)含量降(jiang)低(di)（自B到(dao)B＇）；碳(tan)的量大溶解量減(jian)少（自E到(dao)E＇）；δ相的穩定溫度降(jiang)低(di)（自FG到(dao)F'G'＇），α相的穩定溫度升高（自AB到(dao)A＇B＇）。
圖3-4是w(Cr)=20%時(shi)的Fe-C平衡相(xiang)圖，從(cong)中(zhong)可以看到(dao)，當(dang)w(達到(dao)20％時(shi)，單相(xiang)奧(ao)氏體(ti)已經不(bu)存(cun)在，只能與(yu)其他相(xiang)（α相(xiang)或碳化(hua)物(wu)）共同存(cun)在。
圖(tu)3-5是鉻(ge)含量對Fe-C合金相圖(tu)中奧(ao)氏體區域的影響。隨著鉻(ge)含量的增加，奧(ao)氏體區域逐(zhu)漸縮小。當(dang)w(Cr)達到(dao)20％時，奧(ao)氏體區域已不(bu)復(fu)存在(zai)，相當(dang)于一個點。
2. 合(he)金元(yuan)素對Fe-Cr合(he)金相(xiang)圖的影(ying)響
圖3-6是碳對(dui)Fe-Cr合(he)金相(xiang)圖中γ相(xiang)區(qu)的影響示意圖。在(zai)區(qu)域(yu)1中，碳含量為零；隨著碳含量的增加，γ相(xiang)區(qu)域(yu)會向外(wai)擴散，當w(C)=0.6%時，γ相(xiang)區(qu)域(yu)達到(dao)最大范圍；當w(C)>0.6%時，因為形成的碳化鉻無法溶解，就無法擴散γ相(xiang)區(qu)了。
圖(tu)3-7、圖(tu)3-8是(shi)碳(tan)、氮元素(su)對Fe-Cr合金(jin)相(xiang)圖(tu)中(zhong)(γ+α)/α相(xiang)界的(de)影響，碳(tan)、氮的(de)主要影響是(shi)使(shi)α+γ相(xiang)區(qu)向鉻含量更高的(de)方向移動。當(dang)w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時(shi)，Fe-Cr合金(jin)相(xiang)圖(tu)中(zhong)α+γ雙相(xiang)區(qu)的(de)位(wei)置從w(Cr)=13%移到(dao)了(Cr)=17%；而(er)當(dang)w(C)=0.04%w(N)=0.03%時(shi)，Fe-Cr合金(jin)相(xiang)圖(tu)中(zhong)α+γ雙相(xiang)區(qu)則移到(dao)w(Cr)=21%;而(er)當(dang)w(C)=0.19%w(N)=0.02%時(shi)，則可移至w(Cr)=26%處。另外(wai)，碳(tan)和(he)氮還使(shi)α+γ雙相(xiang)區(qu)最寬(kuan)位(wei)置向高的(de)溫(wen)度方向移動。
圖(tu)3-9是鎳(nie)對Fe-Crr二元相圖(tu)的(de)(de)影響，鎳(nie)的(de)(de)作用與碳(tan)、氮(dan)相似，也(ye)可(ke)擴大(da)α+γγ相區(qu)的(de)(de)范(fan)圍(wei)(wei)。從圖(tu)3-9中可(ke)以明顯看出(chu)，當碳(tan)、氮(dan)含(han)(han)量(liang)一定時，隨著鎳(nie)含(han)(han)量(liang)的(de)(de)增(zeng)加，Fe-Cr相圖(tu)中的(de)(de)α+γ相區(qu)的(de)(de)范(fan)圍(wei)(wei)向著鉻含(han)(han)量(liang)更(geng)高的(de)(de)位置和(he)更(geng)高的(de)(de)溫度方(fang)向移(yi)動。
