一(yi)、鐵碳(tan)合金相圖
在不銹(xiu)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(wei)此首先要(yao)了解鐵(tie)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)(jin)相(xiang)圖,它是碳(tan)鋼在緩(huan)慢加熱(或緩(huan)慢冷(leng)卻)的(de)條件下,不同成分的(de)鐵(tie)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)(jin)的(de)狀(zhuang)態或組織隨(sui)溫度(du)變化的(de)圖形,是研究(jiu)鐵(tie)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)(jin)在平衡(heng)狀(zhuang)態下的(de)成分、金(jin)(jin)相(xiang)組織和性能的(de)基(ji)礎。鐵(tie)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)(jin)相(xiang)圖也(ye)是鋼鐵(tie)(tie)熱處(chu)理的(de)基(ji)礎(見圖3-1)。
為了便于查閱應(ying)用,現將鐵(tie)碳合金(jin)相圖中(zhong)各點、線及其(qi)各種相的(de)特性(xing)分別列于表(biao)3-1~表(biao)3-4。
二、Fe-Cr合金相圖(tu)
Cr是決定不銹鋼耐蝕性的主要元素,研究不(bu)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中也可以看(kan)到以下幾點(dian)：
1. As，鐵的熔點(dian)是1539℃，隨著(zhu)鉻(ge)的加(jia)入而降低，Fe-Cr合金的最低熔點(dian)及(ji)其相應(ying)的化(hua)學(xue)成分分別為1505℃及(ji)w(Cr)=22%。
2. 鉻(ge)使γ相區縮(suo)小到(dao)850～1400℃范圍內。
3. A3溫度(α=y)，純(chun)鐵時(shi)為912℃，因(yin)鉻(ge)含量(liang)的增加而下降(jiang)(jiang)，當(dang)w（Cr）提(ti)高到(dao)8％時(shi)，轉變溫度降(jiang)(jiang)到(dao)極小值850℃；鉻(ge)量(liang)再提(ti)高，A3溫度開始迅速上升(sheng)，w(Cr)=12%~13%時(shi)，約達到(dao)1000℃。賬
4. 溫度，δ是高(gao)溫α相(xiang)(xiang)，純鐵(tie)轉(zhuan)變溫度為1394℃，隨著鉻含量的(de)(8)增加(jia)，轉(zhuan)變溫度下移，w(Cr)達1212%~13%時，降至約1000℃；在1000℃左右(you)，轉(zhuan)變溫度線匯合而(er)形成封閉的(de)γ相(xiang)(xiang)區；當(dang)w(Cr)>12%~13%13％后(hou)，δ相(xiang)(xiang)不再轉(zhuan)變成γ相(xiang)(xiang)。
5. 在α與γ區(qu)間有一(yi)個α+y的雙相區(qu)。
6. 當溫度低(di)于820℃時，高(gao)鉻的(de)Fe-Cr合金可形成金屬間(jian)化合物σ相。
三(san)、合(he)(he)金元素對合(he)(he)金相圖(tu)的影響(xiang)
1. Cr對(dui)Fe-C相圖(tu)的影(ying)響
鉻是縮(suo)小(xiao)γ相區的鐵素(su)體形成元素(su)，隨著鉻含(han)量的增加，γ相區逐漸縮(suo)小(xiao)。
圖3-3是w(Cr)=12%的(de)Fe-CC平衡相圖，從中可(ke)以看(kan)出，鉻縮(suo)小了(le)γ相的(de)區(qu)域；共析鋼的(de)碳(tan)含量(liang)降低（自(zi)B到(dao)B＇）；碳(tan)的(de)量(liang)大溶解(jie)量(liang)減少（自(zi)E到(dao)E＇）；δ相的(de)穩定(ding)溫度降低（自(zi)FG到(dao)F'G'＇），α相的(de)穩定(ding)溫度升高（自(zi)AB到(dao)A＇B＇）。
圖(tu)3-4是w(Cr)=20%時的Fe-C平衡(heng)相(xiang)圖(tu)，從中可以看到，當w(達(da)到20％時，單(dan)相(xiang)奧氏體已經不存在，只能與其(qi)他相(xiang)（α相(xiang)或碳化物）共(gong)同存在。
圖3-5是鉻(ge)含量對Fe-C合金相圖中奧(ao)氏(shi)體區(qu)域的(de)影響。隨著鉻(ge)含量的(de)增加(jia)，奧(ao)氏(shi)體區(qu)域逐漸縮小(xiao)。當w(Cr)達到20％時，奧(ao)氏(shi)體區(qu)域已(yi)不復存(cun)在，相當于一(yi)個點。
2. 合金元素對Fe-Cr合金相圖的影響
圖(tu)3-6是碳對(dui)Fe-Cr合(he)金(jin)相圖(tu)中(zhong)γ相區(qu)的影(ying)響(xiang)示意圖(tu)。在區(qu)域(yu)1中(zhong)，碳含量為零；隨著碳含量的增(zeng)加，γ相區(qu)域(yu)會向外擴(kuo)散(san)，當w(C)=0.6%時(shi)，γ相區(qu)域(yu)達到最大(da)范圍；當w(C)>0.6%時(shi)，因為形成的碳化鉻無法溶解，就無法擴(kuo)散(san)γ相區(qu)了。
圖(tu)3-7、圖(tu)3-8是碳、氮元素對Fe-Cr合金相(xiang)圖(tu)中(zhong)(γ+α)/α相(xiang)界的(de)影(ying)(ying)響，碳、氮的(de)主要影(ying)(ying)響是使α+γ相(xiang)區向(xiang)鉻含(han)量更(geng)高(gao)的(de)方向(xiang)移(yi)動。當(dang)w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時(shi)，Fe-Cr合金相(xiang)圖(tu)中(zhong)α+γ雙相(xiang)區的(de)位(wei)置(zhi)從w(Cr)=13%移(yi)到(dao)(dao)了(Cr)=17%；而當(dang)w(C)=0.04%w(N)=0.03%時(shi)，Fe-Cr合金相(xiang)圖(tu)中(zhong)α+γ雙相(xiang)區則移(yi)到(dao)(dao)w(Cr)=21%;而當(dang)w(C)=0.19%w(N)=0.02%時(shi)，則可移(yi)至w(Cr)=26%處。另外，碳和氮還使α+γ雙相(xiang)區最寬位(wei)置(zhi)向(xiang)高(gao)的(de)溫度方向(xiang)移(yi)動。
圖(tu)3-9是鎳(nie)(nie)對Fe-Crr二元相圖(tu)的(de)影響，鎳(nie)(nie)的(de)作(zuo)用與碳、氮相似，也可擴(kuo)大(da)α+γγ相區(qu)的(de)范(fan)圍(wei)。從圖(tu)3-9中可以明顯看(kan)出，當碳、氮含量(liang)(liang)一定時，隨著鎳(nie)(nie)含量(liang)(liang)的(de)增加，Fe-Cr相圖(tu)中的(de)α+γ相區(qu)的(de)范(fan)圍(wei)向著鉻含量(liang)(liang)更(geng)高的(de)位置和(he)更(geng)高的(de)溫(wen)度方向移動(dong)。
