一、鐵(tie)碳合金相(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)首先要了解鐵碳(tan)合(he)(he)金(jin)相圖(tu)(tu),它(ta)是(shi)(shi)碳(tan)鋼在緩慢(man)加熱(或緩慢(man)冷(leng)卻)的條(tiao)件(jian)下,不同成分(fen)的鐵碳(tan)合(he)(he)金(jin)的狀(zhuang)態或組(zu)織(zhi)隨溫度變化的圖(tu)(tu)形,是(shi)(shi)研究鐵碳(tan)合(he)(he)金(jin)在平衡狀(zhuang)態下的成分(fen)、金(jin)相組(zu)織(zhi)和性(xing)能的基(ji)礎。鐵碳(tan)合(he)(he)金(jin)相圖(tu)(tu)也(ye)是(shi)(shi)鋼鐵熱處理(li)的基(ji)礎(見圖(tu)(tu)3-1)。

  為了便于(yu)查閱應(ying)用,現將鐵(tie)碳(tan)合金相(xiang)圖(tu)中(zhong)各點、線及其各種相(xiang)的特性分別列于(yu)表3-1~表3-4。

二(er)、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(ke)以看(kan)到(dao)以下幾點：

   1. As，鐵的(de)(de)熔點是1539℃，隨(sui)著鉻的(de)(de)加入(ru)而降低(di)，Fe-Cr合金的(de)(de)最低(di)熔點及(ji)其相(xiang)應的(de)(de)化學成(cheng)分分別為1505℃及(ji)w(Cr)=22%。

   2. 鉻(ge)使γ相區(qu)縮小到(dao)850～1400℃范圍(wei)內。

   3. A3溫度(α=y)，純鐵(tie)時為912℃，因(yin)鉻含量(liang)的增加而下(xia)降(jiang)(jiang)，當w（Cr）提高到8％時，轉(zhuan)變溫度降(jiang)(jiang)到極小值850℃；鉻量(liang)再(zai)提高，A3溫度開始迅速上升，w(Cr)=12%~13%時，約達到1000℃。賬

   4. 溫(wen)(wen)(wen)(wen)度，δ是(shi)高溫(wen)(wen)(wen)(wen)α相(xiang)(xiang)，純鐵轉變(bian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度為1394℃，隨(sui)著鉻含量的(8)增加，轉變(bian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度下移，w(Cr)達1212%~13%時，降至約1000℃；在1000℃左(zuo)右，轉變(bian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度線匯合(he)而形成(cheng)封閉(bi)的γ相(xiang)(xiang)區；當(dang)w(Cr)>12%~13%13％后，δ相(xiang)(xiang)不再轉變(bian)成(cheng)γ相(xiang)(xiang)。

   5. 在α與γ區間(jian)有一個α+y的雙相區。

   6. 當溫度低于820℃時，高鉻的Fe-Cr合金可(ke)形(xing)成金屬間化(hua)合物σ相(xiang)。

三、合(he)金元素對(dui)合(he)金相圖的影響

 1. Cr對Fe-C相圖的(de)影(ying)響

   鉻是(shi)縮小(xiao)γ相區的(de)鐵素體形成元素，隨著鉻含(han)量的(de)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(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)，從中可以看出，鉻縮小了(le)γ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)區域；共(gong)析鋼的(de)碳(tan)含(han)量(liang)降低（自B到B＇）；碳(tan)的(de)量(liang)大溶解(jie)量(liang)減(jian)少(shao)（自E到E＇）；δ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)穩(wen)定溫度(du)(du)降低（自FG到F'G'＇），α相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)穩(wen)定溫度(du)(du)升高（自AB到A＇B＇）。

  圖(tu)3-4是w(Cr)=20%時的Fe-C平衡相(xiang)(xiang)圖(tu)，從(cong)中可以看到，當w(達(da)到20％時，單相(xiang)(xiang)奧(ao)氏體已經不存(cun)在(zai)，只能與(yu)其他相(xiang)(xiang)（α相(xiang)(xiang)或碳化物）共同(tong)存(cun)在(zai)。

  圖(tu)(tu)3-5是鉻含量對Fe-C合金相圖(tu)(tu)中奧氏(shi)(shi)體(ti)區(qu)(qu)域的影響。隨著(zhu)鉻含量的增加，奧氏(shi)(shi)體(ti)區(qu)(qu)域逐漸縮小。當(dang)w(Cr)達到20％時，奧氏(shi)(shi)體(ti)區(qu)(qu)域已不復存在，相當(dang)于一(yi)個點。

 2. 合金(jin)元素(su)對Fe-Cr合金(jin)相圖(tu)的影(ying)響

   圖3-6是碳(tan)對(dui)Fe-Cr合金相(xiang)圖中γ相(xiang)區的影響示意圖。在(zai)區域1中，碳(tan)含量(liang)為零；隨(sui)著(zhu)碳(tan)含量(liang)的增加(jia)，γ相(xiang)區域會向外擴散，當w(C)=0.6%時，γ相(xiang)區域達到(dao)最大(da)范圍；當w(C)>0.6%時，因(yin)為形成的碳(tan)化鉻無法溶解(jie)，就無法擴散γ相(xiang)區了。

   圖(tu)(tu)3-7、圖(tu)(tu)3-8是碳(tan)(tan)、氮元素(su)對(dui)Fe-Cr合金相(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中(γ+α)/α相(xiang)(xiang)界的(de)影響(xiang)，碳(tan)(tan)、氮的(de)主要影響(xiang)是使α+γ相(xiang)(xiang)區(qu)向(xiang)(xiang)鉻含量更高的(de)方(fang)向(xiang)(xiang)移動。當(dang)(dang)w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時，Fe-Cr合金相(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中α+γ雙相(xiang)(xiang)區(qu)的(de)位置(zhi)從w(Cr)=13%移到了(Cr)=17%；而當(dang)(dang)w(C)=0.04%w(N)=0.03%時，Fe-Cr合金相(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中α+γ雙相(xiang)(xiang)區(qu)則(ze)移到w(Cr)=21%;而當(dang)(dang)w(C)=0.19%w(N)=0.02%時，則(ze)可移至w(Cr)=26%處。另外，碳(tan)(tan)和氮還(huan)使α+γ雙相(xiang)(xiang)區(qu)最寬(kuan)位置(zhi)向(xiang)(xiang)高的(de)溫度方(fang)向(xiang)(xiang)移動。

   圖3-9是鎳(nie)對Fe-Crr二元相(xiang)(xiang)圖的(de)(de)影響，鎳(nie)的(de)(de)作用與碳(tan)、氮相(xiang)(xiang)似，也可擴大α+γγ相(xiang)(xiang)區的(de)(de)范圍(wei)。從圖3-9中(zhong)可以明顯看(kan)出(chu)，當碳(tan)、氮含量(liang)一(yi)定時，隨著(zhu)鎳(nie)含量(liang)的(de)(de)增加，Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖中(zhong)的(de)(de)α+γ相(xiang)(xiang)區的(de)(de)范圍(wei)向著(zhu)鉻含量(liang)更高的(de)(de)位置和更高的(de)(de)溫(wen)度方向移動。