一(yi)、鐵碳(tan)合金相(xiang)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(ci)首先(xian)要了解鐵碳(tan)合(he)金(jin)相圖(tu),它是(shi)碳(tan)鋼在(zai)緩(huan)慢(man)加熱(或(huo)緩(huan)慢(man)冷卻)的條件下,不同成分的鐵碳(tan)合(he)金(jin)的狀態(tai)或(huo)組(zu)織隨溫度變化的圖(tu)形,是(shi)研究鐵碳(tan)合(he)金(jin)在(zai)平衡狀態(tai)下的成分、金(jin)相組(zu)織和性能的基(ji)礎(chu)。鐵碳(tan)合(he)金(jin)相圖(tu)也(ye)是(shi)鋼鐵熱處理的基(ji)礎(chu)(見圖(tu)3-1)。
為了便于查(cha)閱應用(yong),現(xian)將(jiang)鐵碳合金相圖中(zhong)各(ge)點、線(xian)及其各(ge)種相的特(te)性分別(bie)列于表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(xiu)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中也可以看到以下幾(ji)點：
1. As，鐵的(de)(de)熔點(dian)是1539℃，隨著鉻的(de)(de)加(jia)入而降(jiang)低(di)，Fe-Cr合金的(de)(de)最低(di)熔點(dian)及其相應(ying)的(de)(de)化學成分分別為(wei)1505℃及w(Cr)=22%。
2. 鉻使γ相區縮小到(dao)850～1400℃范圍內。
3. A3溫(wen)度(α=y)，純鐵(tie)時為912℃，因(yin)鉻含(han)量的增(zeng)加而下(xia)降，當w（Cr）提高到(dao)8％時，轉(zhuan)變(bian)溫(wen)度降到(dao)極小值850℃；鉻量再提高，A3溫(wen)度開始迅速(su)上升，w(Cr)=12%~13%時，約(yue)達到(dao)1000℃。賬
4. 溫(wen)度，δ是高溫(wen)α相，純鐵轉(zhuan)(zhuan)變溫(wen)度為1394℃，隨著鉻含量的(8)增加，轉(zhuan)(zhuan)變溫(wen)度下移，w(Cr)達1212%~13%時，降至(zhi)約1000℃；在1000℃左(zuo)右，轉(zhuan)(zhuan)變溫(wen)度線匯合(he)而形成封閉(bi)的γ相區；當w(Cr)>12%~13%13％后，δ相不(bu)再轉(zhuan)(zhuan)變成γ相。
5. 在α與γ區(qu)間有一個α+y的雙相區(qu)。
6. 當溫度低于820℃時(shi)，高鉻的(de)Fe-Cr合金(jin)可形成(cheng)金(jin)屬間(jian)化合物σ相。
三(san)、合(he)金元素(su)對合(he)金相圖的影響(xiang)
1. Cr對Fe-C相圖的影響
鉻是(shi)縮小(xiao)γ相區的鐵素(su)體形成元素(su)，隨著鉻含量(liang)的增加，γ相區逐漸縮小(xiao)。
圖(tu)3-3是w(Cr)=12%的(de)Fe-CC平(ping)衡相圖(tu)，從(cong)中可以看出，鉻縮小(xiao)了γ相的(de)區域(yu)；共析鋼(gang)的(de)碳含量(liang)(liang)降低（自(zi)B到(dao)B＇）；碳的(de)量(liang)(liang)大溶(rong)解量(liang)(liang)減少（自(zi)E到(dao)E＇）；δ相的(de)穩定溫度(du)降低（自(zi)FG到(dao)F'G'＇），α相的(de)穩定溫度(du)升高(gao)（自(zi)AB到(dao)A＇B＇）。
圖3-4是w(Cr)=20%時(shi)的Fe-C平衡相(xiang)圖，從中可以看(kan)到，當w(達(da)到20％時(shi)，單相(xiang)奧氏體已經不(bu)存在，只能(neng)與其(qi)他(ta)相(xiang)（α相(xiang)或碳化物）共(gong)同(tong)存在。
圖(tu)(tu)3-5是鉻含量對Fe-C合金(jin)相圖(tu)(tu)中(zhong)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體區(qu)域(yu)的影響。隨著鉻含量的增加，奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體區(qu)域(yu)逐漸縮小。當w(Cr)達到(dao)20％時，奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體區(qu)域(yu)已(yi)不復存在，相當于一個點。
2. 合金元素對Fe-Cr合金相圖的(de)影響
圖(tu)(tu)3-6是碳對Fe-Cr合金相(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中γ相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)的影響示意圖(tu)(tu)。在(zai)區(qu)(qu)域1中，碳含(han)量為(wei)零；隨著碳含(han)量的增加，γ相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)域會向外擴散，當(dang)w(C)=0.6%時(shi)，γ相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)域達到最(zui)大(da)范圍；當(dang)w(C)>0.6%時(shi)，因為(wei)形成(cheng)的碳化鉻無法溶解(jie)，就無法擴散γ相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)了(le)。
圖3-7、圖3-8是(shi)(shi)碳(tan)、氮元素對Fe-Cr合金相(xiang)(xiang)圖中(zhong)(zhong)(γ+α)/α相(xiang)(xiang)界的(de)(de)影(ying)響，碳(tan)、氮的(de)(de)主要(yao)影(ying)響是(shi)(shi)使α+γ相(xiang)(xiang)區向(xiang)鉻含量更高(gao)的(de)(de)方(fang)向(xiang)移動。當w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時(shi)，Fe-Cr合金相(xiang)(xiang)圖中(zhong)(zhong)α+γ雙(shuang)相(xiang)(xiang)區的(de)(de)位置(zhi)從w(Cr)=13%移到了(Cr)=17%；而當w(C)=0.04%w(N)=0.03%時(shi)，Fe-Cr合金相(xiang)(xiang)圖中(zhong)(zhong)α+γ雙(shuang)相(xiang)(xiang)區則移到w(Cr)=21%;而當w(C)=0.19%w(N)=0.02%時(shi)，則可(ke)移至w(Cr)=26%處。另外(wai)，碳(tan)和氮還使α+γ雙(shuang)相(xiang)(xiang)區最寬位置(zhi)向(xiang)高(gao)的(de)(de)溫度方(fang)向(xiang)移動。
圖(tu)3-9是鎳(nie)對(dui)Fe-Crr二元相(xiang)(xiang)圖(tu)的影響，鎳(nie)的作用(yong)與碳、氮(dan)(dan)相(xiang)(xiang)似，也可擴大α+γγ相(xiang)(xiang)區(qu)的范(fan)圍(wei)。從圖(tu)3-9中可以明顯看(kan)出，當碳、氮(dan)(dan)含(han)量(liang)一定時，隨(sui)著鎳(nie)含(han)量(liang)的增(zeng)加，Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖(tu)中的α+γ相(xiang)(xiang)區(qu)的范(fan)圍(wei)向(xiang)著鉻含(han)量(liang)更(geng)高的位(wei)置和更(geng)高的溫度方向(xiang)移動。
