一、鐵(tie)碳(tan)合金相圖
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。
為此首先要了解鐵(tie)碳(tan)合(he)金(jin)相圖,它是碳(tan)鋼(gang)在(zai)(zai)緩(huan)(huan)慢加(jia)熱(re)(或(huo)緩(huan)(huan)慢冷卻(que))的(de)條件下,不同成分的(de)鐵(tie)碳(tan)合(he)金(jin)的(de)狀(zhuang)態或(huo)組(zu)織隨溫度變(bian)化的(de)圖形(xing),是研究鐵(tie)碳(tan)合(he)金(jin)在(zai)(zai)平衡(heng)狀(zhuang)態下的(de)成分、金(jin)相組(zu)織和性能的(de)基礎(chu)。鐵(tie)碳(tan)合(he)金(jin)相圖也(ye)是鋼(gang)鐵(tie)熱(re)處理的(de)基礎(chu)(見圖3-1)。
為了(le)便于查閱(yue)應(ying)用,現將(jiang)鐵碳合金相圖中各點、線(xian)及其各種相的特性(xing)分別列(lie)于表3-1~表3-4。
二、Fe-Cr合金(jin)相(xiang)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中也可以看到以下(xia)幾點：
1. As，鐵的(de)熔點(dian)是1539℃，隨著鉻(ge)的(de)加(jia)入(ru)而降低(di)，Fe-Cr合(he)金的(de)最低(di)熔點(dian)及其相應的(de)化學成分(fen)分(fen)別為1505℃及w(Cr)=22%。
2. 鉻使γ相區(qu)縮(suo)小到850～1400℃范(fan)圍內。
3. A3溫(wen)度(α=y)，純鐵時(shi)為912℃，因鉻含量的增加(jia)而下(xia)降，當(dang)w（Cr）提(ti)高到(dao)8％時(shi)，轉(zhuan)變(bian)溫(wen)度降到(dao)極小值850℃；鉻量再(zai)提(ti)高，A3溫(wen)度開始(shi)迅速上升(sheng)，w(Cr)=12%~13%時(shi)，約(yue)達(da)到(dao)1000℃。賬(zhang)
4. 溫(wen)度(du)，δ是高溫(wen)α相(xiang)，純鐵轉(zhuan)(zhuan)變(bian)溫(wen)度(du)為1394℃，隨著(zhu)鉻含量的(8)增(zeng)加(jia)，轉(zhuan)(zhuan)變(bian)溫(wen)度(du)下移，w(Cr)達1212%~13%時(shi)，降至約1000℃；在1000℃左(zuo)右，轉(zhuan)(zhuan)變(bian)溫(wen)度(du)線(xian)匯合而形成封閉的γ相(xiang)區；當(dang)w(Cr)>12%~13%13％后，δ相(xiang)不再轉(zhuan)(zhuan)變(bian)成γ相(xiang)。
5. 在α與γ區(qu)間有一個α+y的(de)雙相區(qu)。
6. 當(dang)溫度低于820℃時，高(gao)鉻的(de)Fe-Cr合金(jin)可形(xing)成金(jin)屬(shu)間化(hua)合物σ相。
三、合金元素對合金相圖的(de)影響
1. Cr對Fe-C相圖的影響
鉻是縮(suo)小γ相區的鐵素體形(xing)成元素，隨著鉻含量的增(zeng)加(jia)，γ相區逐漸(jian)縮(suo)小。
圖(tu)3-3是w(Cr)=12%的Fe-CC平衡相圖(tu)，從中可以看出，鉻縮小了γ相的區域(yu)；共析鋼的碳含量(liang)降(jiang)低（自(zi)B到(dao)B＇）；碳的量(liang)大溶解量(liang)減少（自(zi)E到(dao)E＇）；δ相的穩定溫度降(jiang)低（自(zi)FG到(dao)F'G'＇），α相的穩定溫度升高(gao)（自(zi)AB到(dao)A＇B＇）。
圖(tu)3-4是w(Cr)=20%時(shi)的Fe-C平衡相圖(tu)，從中可(ke)以(yi)看到(dao)，當w(達到(dao)20％時(shi)，單(dan)相奧氏體已經不存(cun)在，只能與其他相（α相或碳化物）共同存(cun)在。
圖3-5是(shi)鉻含量對(dui)Fe-C合金相(xiang)(xiang)圖中奧(ao)(ao)氏(shi)體區(qu)域(yu)的影響。隨著鉻含量的增加，奧(ao)(ao)氏(shi)體區(qu)域(yu)逐漸(jian)縮小。當w(Cr)達到20％時，奧(ao)(ao)氏(shi)體區(qu)域(yu)已不(bu)復存在，相(xiang)(xiang)當于一個點(dian)。
2. 合金(jin)(jin)元(yuan)素(su)對Fe-Cr合金(jin)(jin)相圖的影響
圖3-6是碳(tan)(tan)對(dui)Fe-Cr合金相(xiang)圖中(zhong)γ相(xiang)區的影響示意圖。在(zai)區域1中(zhong)，碳(tan)(tan)含量(liang)為零；隨(sui)著碳(tan)(tan)含量(liang)的增加，γ相(xiang)區域會向外擴(kuo)散，當(dang)w(C)=0.6%時，γ相(xiang)區域達到最大(da)范圍；當(dang)w(C)>0.6%時，因為形成的碳(tan)(tan)化鉻無(wu)法(fa)溶解(jie)，就(jiu)無(wu)法(fa)擴(kuo)散γ相(xiang)區了。
圖(tu)3-7、圖(tu)3-8是碳、氮(dan)元(yuan)素(su)對Fe-Cr合金(jin)(jin)相(xiang)(xiang)圖(tu)中(zhong)(zhong)(γ+α)/α相(xiang)(xiang)界的影響(xiang)，碳、氮(dan)的主要影響(xiang)是使α+γ相(xiang)(xiang)區(qu)向(xiang)鉻含量(liang)更(geng)高(gao)的方向(xiang)移動(dong)。當(dang)w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時，Fe-Cr合金(jin)(jin)相(xiang)(xiang)圖(tu)中(zhong)(zhong)α+γ雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)區(qu)的位(wei)置從w(Cr)=13%移到了(Cr)=17%；而(er)當(dang)w(C)=0.04%w(N)=0.03%時，Fe-Cr合金(jin)(jin)相(xiang)(xiang)圖(tu)中(zhong)(zhong)α+γ雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)區(qu)則移到w(Cr)=21%;而(er)當(dang)w(C)=0.19%w(N)=0.02%時，則可移至w(Cr)=26%處。另(ling)外，碳和氮(dan)還使α+γ雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)區(qu)最寬(kuan)位(wei)置向(xiang)高(gao)的溫度(du)方向(xiang)移動(dong)。
圖(tu)(tu)3-9是鎳對Fe-Crr二元相(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)的(de)(de)影響，鎳的(de)(de)作用與(yu)碳、氮相(xiang)(xiang)似，也可擴大α+γγ相(xiang)(xiang)區的(de)(de)范圍。從(cong)圖(tu)(tu)3-9中可以(yi)明顯看出，當碳、氮含(han)量一(yi)定時，隨著鎳含(han)量的(de)(de)增加，Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中的(de)(de)α+γ相(xiang)(xiang)區的(de)(de)范圍向著鉻含(han)量更高(gao)的(de)(de)位置和更高(gao)的(de)(de)溫度方向移動。
