一(yi)、鐵碳(tan)合(he)金相圖
在不銹鋼熱處(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(ci)首先要(yao)了解鐵碳(tan)合(he)金相圖(tu),它是碳(tan)鋼在緩(huan)慢加熱(re)(或緩(huan)慢冷卻)的(de)(de)條件(jian)下(xia),不同成分的(de)(de)鐵碳(tan)合(he)金的(de)(de)狀態(tai)或組織隨溫度(du)變(bian)化(hua)的(de)(de)圖(tu)形,是研究鐵碳(tan)合(he)金在平衡狀態(tai)下(xia)的(de)(de)成分、金相組織和性(xing)能的(de)(de)基礎(chu)(chu)。鐵碳(tan)合(he)金相圖(tu)也(ye)是鋼鐵熱(re)處理的(de)(de)基礎(chu)(chu)(見圖(tu)3-1)。
為了便于查閱應(ying)用,現將鐵碳合金相(xiang)圖(tu)中各(ge)點、線(xian)及其各(ge)種(zhong)相(xiang)的(de)特性分別列于表3-1~表3-4。
二、Fe-Cr合金(jin)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(ye)可(ke)以看到以下幾點(dian)：
1. As，鐵的(de)熔點是1539℃，隨著鉻(ge)的(de)加入(ru)而(er)降低(di)，Fe-Cr合金的(de)最低(di)熔點及(ji)其相應(ying)的(de)化(hua)學(xue)成分(fen)分(fen)別為1505℃及(ji)w(Cr)=22%。
2. 鉻使γ相區縮小(xiao)到(dao)850～1400℃范圍內。
3. A3溫(wen)度(α=y)，純鐵時為912℃，因鉻(ge)(ge)含(han)量的增加而下降(jiang)，當w（Cr）提(ti)高到8％時，轉變溫(wen)度降(jiang)到極小值(zhi)850℃；鉻(ge)(ge)量再(zai)提(ti)高，A3溫(wen)度開(kai)始迅(xun)速上(shang)升，w(Cr)=12%~13%時，約達到1000℃。賬
4. 溫度(du)(du)(du)，δ是高溫α相，純鐵轉(zhuan)變溫度(du)(du)(du)為1394℃，隨(sui)著鉻含量的(8)增加，轉(zhuan)變溫度(du)(du)(du)下移，w(Cr)達1212%~13%時，降(jiang)至約1000℃；在1000℃左右，轉(zhuan)變溫度(du)(du)(du)線匯合而形成封閉的γ相區；當w(Cr)>12%~13%13％后，δ相不(bu)再轉(zhuan)變成γ相。
5. 在α與γ區間有一個(ge)α+y的雙相(xiang)區。
6. 當溫度低于820℃時，高(gao)鉻(ge)的Fe-Cr合(he)金可形成金屬間(jian)化合(he)物σ相。
三、合(he)金(jin)元素對(dui)合(he)金(jin)相圖的影響
1. Cr對Fe-C相圖的影響
鉻(ge)是縮小γ相(xiang)區(qu)(qu)的鐵素(su)體形成元素(su)，隨著鉻(ge)含(han)量的增加，γ相(xiang)區(qu)(qu)逐漸(jian)縮小。
圖3-3是w(Cr)=12%的(de)(de)Fe-CC平衡相圖，從中可以看出，鉻縮(suo)小(xiao)了γ相的(de)(de)區域；共(gong)析鋼(gang)的(de)(de)碳含量降低（自(zi)(zi)B到(dao)B＇）；碳的(de)(de)量大溶解量減少（自(zi)(zi)E到(dao)E＇）；δ相的(de)(de)穩定溫度降低（自(zi)(zi)FG到(dao)F'G'＇），α相的(de)(de)穩定溫度升高（自(zi)(zi)AB到(dao)A＇B＇）。
圖3-4是w(Cr)=20%時(shi)的Fe-C平衡(heng)相圖，從中可以看到(dao)，當w(達到(dao)20％時(shi)，單相奧氏體已經不(bu)存在(zai)(zai)，只能與其他相（α相或碳化物(wu)）共同(tong)存在(zai)(zai)。
圖3-5是(shi)鉻(ge)含(han)量對Fe-C合金(jin)相(xiang)圖中(zhong)奧(ao)氏(shi)體區(qu)域的(de)影響。隨著(zhu)鉻(ge)含(han)量的(de)增(zeng)加，奧(ao)氏(shi)體區(qu)域逐(zhu)漸縮小。當(dang)w(Cr)達到(dao)20％時，奧(ao)氏(shi)體區(qu)域已不復存在，相(xiang)當(dang)于一個(ge)點。
2. 合金元素對Fe-Cr合金相圖的(de)影響
圖(tu)3-6是(shi)碳(tan)(tan)對Fe-Cr合(he)金相(xiang)圖(tu)中(zhong)γ相(xiang)區的影響示意圖(tu)。在(zai)區域(yu)1中(zhong)，碳(tan)(tan)含量為零；隨著碳(tan)(tan)含量的增加(jia)，γ相(xiang)區域(yu)會向外擴散(san)，當w(C)=0.6%時(shi)，γ相(xiang)區域(yu)達(da)到(dao)最大范圍；當w(C)>0.6%時(shi)，因為形(xing)成(cheng)的碳(tan)(tan)化鉻無法溶解，就無法擴散(san)γ相(xiang)區了。
圖(tu)3-7、圖(tu)3-8是碳(tan)、氮元素對(dui)Fe-Cr合(he)金(jin)(jin)相圖(tu)中(γ+α)/α相界的(de)影(ying)(ying)響，碳(tan)、氮的(de)主要影(ying)(ying)響是使(shi)α+γ相區(qu)(qu)向(xiang)鉻含量更高(gao)的(de)方向(xiang)移(yi)動。當w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時(shi)，Fe-Cr合(he)金(jin)(jin)相圖(tu)中α+γ雙相區(qu)(qu)的(de)位置(zhi)從w(Cr)=13%移(yi)到了(Cr)=17%；而當w(C)=0.04%w(N)=0.03%時(shi)，Fe-Cr合(he)金(jin)(jin)相圖(tu)中α+γ雙相區(qu)(qu)則移(yi)到w(Cr)=21%;而當w(C)=0.19%w(N)=0.02%時(shi)，則可移(yi)至w(Cr)=26%處。另(ling)外(wai)，碳(tan)和氮還使(shi)α+γ雙相區(qu)(qu)最寬位置(zhi)向(xiang)高(gao)的(de)溫度(du)方向(xiang)移(yi)動。
圖3-9是鎳(nie)對Fe-Crr二元相(xiang)(xiang)圖的(de)(de)影(ying)響(xiang)，鎳(nie)的(de)(de)作用與碳、氮相(xiang)(xiang)似，也可擴大(da)α+γγ相(xiang)(xiang)區的(de)(de)范圍。從圖3-9中(zhong)(zhong)可以明顯(xian)看出(chu)，當碳、氮含(han)量一定時，隨著鎳(nie)含(han)量的(de)(de)增加，Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖中(zhong)(zhong)的(de)(de)α+γ相(xiang)(xiang)區的(de)(de)范圍向著鉻(ge)含(han)量更高的(de)(de)位置(zhi)和更高的(de)(de)溫度方向移(yi)動。
