一(yi)、鐵碳合金(jin)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)先要了解鐵碳(tan)(tan)合金(jin)相圖,它是(shi)碳(tan)(tan)鋼(gang)在緩慢(man)加熱(或(huo)緩慢(man)冷卻)的條件下(xia),不同成(cheng)(cheng)分(fen)的鐵碳(tan)(tan)合金(jin)的狀態(tai)或(huo)組織隨溫度變化的圖形,是(shi)研究鐵碳(tan)(tan)合金(jin)在平(ping)衡狀態(tai)下(xia)的成(cheng)(cheng)分(fen)、金(jin)相組織和(he)性(xing)能的基礎(chu)。鐵碳(tan)(tan)合金(jin)相圖也是(shi)鋼(gang)鐵熱處理的基礎(chu)(見(jian)圖3-1)。
為了便(bian)于(yu)查(cha)閱應用,現將鐵碳(tan)合(he)金相圖中(zhong)各點、線及其各種相的特(te)性分別(bie)列于(yu)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(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3-2中也可以看到(dao)以下(xia)幾點：
1. As，鐵的熔點是1539℃，隨著鉻的加入而降低(di)，Fe-Cr合(he)金的最低(di)熔點及(ji)其相應的化(hua)學成分分別為1505℃及(ji)w(Cr)=22%。
2. 鉻使(shi)γ相(xiang)區縮小到850～1400℃范圍內(nei)。
3. A3溫度(du)(α=y)，純鐵時為912℃，因(yin)鉻含量的(de)增加而下降，當w（Cr）提(ti)高(gao)到8％時，轉變(bian)溫度(du)降到極小(xiao)值(zhi)850℃；鉻量再提(ti)高(gao)，A3溫度(du)開始迅速(su)上升，w(Cr)=12%~13%時，約達(da)到1000℃。賬
4. 溫度(du)(du)，δ是高溫α相(xiang)，純鐵轉(zhuan)變溫度(du)(du)為(wei)1394℃，隨著鉻含量的(de)(8)增加，轉(zhuan)變溫度(du)(du)下移，w(Cr)達1212%~13%時，降至約1000℃；在1000℃左右，轉(zhuan)變溫度(du)(du)線(xian)匯(hui)合(he)而形(xing)成封(feng)閉(bi)的(de)γ相(xiang)區；當w(Cr)>12%~13%13％后，δ相(xiang)不再(zai)轉(zhuan)變成γ相(xiang)。
5. 在α與γ區間有(you)一(yi)個α+y的雙相區。
6. 當(dang)溫(wen)度低(di)于820℃時，高鉻的(de)Fe-Cr合金可(ke)形成金屬間化合物σ相(xiang)。
三、合金(jin)元(yuan)素對(dui)合金(jin)相圖的影響
1. Cr對Fe-C相圖的影(ying)響
鉻是縮小γ相(xiang)區的(de)鐵素體形(xing)成元素，隨著鉻含量的(de)增(zeng)加，γ相(xiang)區逐漸縮小。
圖3-3是w(Cr)=12%的(de)Fe-CC平衡相圖，從中可以看出，鉻縮小了γ相的(de)區域；共析鋼的(de)碳(tan)(tan)含量降低(di)（自B到B＇）；碳(tan)(tan)的(de)量大溶解量減(jian)少（自E到E＇）；δ相的(de)穩定溫度降低(di)（自FG到F'G'＇），α相的(de)穩定溫度升高(gao)（自AB到A＇B＇）。
圖3-4是w(Cr)=20%時(shi)的Fe-C平衡(heng)相(xiang)(xiang)(xiang)圖，從中可以看到(dao)，當w(達到(dao)20％時(shi)，單相(xiang)(xiang)(xiang)奧氏體(ti)已經(jing)不存(cun)在，只能(neng)與(yu)其(qi)他(ta)相(xiang)(xiang)(xiang)（α相(xiang)(xiang)(xiang)或碳化物）共(gong)同存(cun)在。
圖3-5是鉻(ge)含(han)量對Fe-C合金相圖中奧(ao)氏(shi)體區域(yu)的影響。隨著鉻(ge)含(han)量的增(zeng)加，奧(ao)氏(shi)體區域(yu)逐(zhu)漸縮小。當(dang)w(Cr)達到20％時，奧(ao)氏(shi)體區域(yu)已不復存(cun)在(zai)，相當(dang)于一個點。
2. 合金(jin)元素對Fe-Cr合金(jin)相圖(tu)的影響
圖(tu)3-6是(shi)碳(tan)(tan)對Fe-Cr合金相圖(tu)中(zhong)γ相區(qu)(qu)的影響示意(yi)圖(tu)。在(zai)區(qu)(qu)域1中(zhong)，碳(tan)(tan)含量為零；隨著碳(tan)(tan)含量的增加(jia)，γ相區(qu)(qu)域會向外擴(kuo)散(san)(san)，當w(C)=0.6%時，γ相區(qu)(qu)域達到最大范(fan)圍(wei)；當w(C)>0.6%時，因(yin)為形成的碳(tan)(tan)化鉻無(wu)法(fa)溶解，就(jiu)無(wu)法(fa)擴(kuo)散(san)(san)γ相區(qu)(qu)了。
圖(tu)3-7、圖(tu)3-8是(shi)碳、氮(dan)(dan)元素(su)對Fe-Cr合(he)金(jin)相(xiang)圖(tu)中(γ+α)/α相(xiang)界的(de)影響(xiang)，碳、氮(dan)(dan)的(de)主要影響(xiang)是(shi)使α+γ相(xiang)區向(xiang)鉻含量更高的(de)方(fang)向(xiang)移動。當w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時，Fe-Cr合(he)金(jin)相(xiang)圖(tu)中α+γ雙相(xiang)區的(de)位(wei)置從w(Cr)=13%移到了(Cr)=17%；而當w(C)=0.04%w(N)=0.03%時，Fe-Cr合(he)金(jin)相(xiang)圖(tu)中α+γ雙相(xiang)區則移到w(Cr)=21%;而當w(C)=0.19%w(N)=0.02%時，則可(ke)移至w(Cr)=26%處。另外，碳和氮(dan)(dan)還使α+γ雙相(xiang)區最寬位(wei)置向(xiang)高的(de)溫度方(fang)向(xiang)移動。
圖3-9是鎳對Fe-Crr二元相(xiang)(xiang)圖的(de)(de)影響，鎳的(de)(de)作用與(yu)碳、氮(dan)相(xiang)(xiang)似，也(ye)可(ke)擴大α+γγ相(xiang)(xiang)區(qu)的(de)(de)范圍。從圖3-9中可(ke)以明顯看出，當碳、氮(dan)含(han)量(liang)(liang)一定時，隨著鎳含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)增加，Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖中的(de)(de)α+γ相(xiang)(xiang)區(qu)的(de)(de)范圍向著鉻含(han)量(liang)(liang)更高(gao)(gao)的(de)(de)位置和更高(gao)(gao)的(de)(de)溫度方向移動。
