一(yi)、鐵碳合(he)金(jin)相(xiang)圖(tu)

  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(yao)了解(jie)鐵(tie)(tie)(tie)碳合(he)金(jin)相圖(tu)(tu),它是(shi)(shi)碳鋼在(zai)緩(huan)慢(man)加熱(或緩(huan)慢(man)冷卻)的(de)(de)條件下(xia),不同成分(fen)的(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)碳合(he)金(jin)的(de)(de)狀態(tai)或組(zu)織隨溫度變化(hua)的(de)(de)圖(tu)(tu)形,是(shi)(shi)研(yan)究鐵(tie)(tie)(tie)碳合(he)金(jin)在(zai)平衡狀態(tai)下(xia)的(de)(de)成分(fen)、金(jin)相組(zu)織和性能的(de)(de)基礎。鐵(tie)(tie)(tie)碳合(he)金(jin)相圖(tu)(tu)也是(shi)(shi)鋼鐵(tie)(tie)(tie)熱處(chu)理的(de)(de)基礎(見圖(tu)(tu)3-1)。

  為(wei)了(le)便于查閱應用(yong),現將鐵碳(tan)合金(jin)相(xiang)圖中各點(dian)、線及其各種相(xiang)的特性分別列于表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(gang)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(zhong)也可以看(kan)到以下幾點：

   1. As，鐵的(de)熔(rong)(rong)點是1539℃，隨(sui)著鉻的(de)加入而降低，Fe-Cr合金的(de)最低熔(rong)(rong)點及其相應的(de)化學(xue)成分(fen)(fen)分(fen)(fen)別為1505℃及w(Cr)=22%。

   2. 鉻使γ相區縮小到850～1400℃范圍內。

   3. A3溫(wen)(wen)(wen)度(α=y)，純鐵時(shi)為912℃，因鉻含(han)量(liang)的增加而下降(jiang)，當w（Cr）提(ti)高到8％時(shi)，轉變溫(wen)(wen)(wen)度降(jiang)到極小值850℃；鉻量(liang)再(zai)提(ti)高，A3溫(wen)(wen)(wen)度開(kai)始迅(xun)速上升，w(Cr)=12%~13%時(shi)，約達到1000℃。賬

   4. 溫(wen)度，δ是高溫(wen)α相，純鐵轉(zhuan)變溫(wen)度為1394℃，隨著鉻含量的(8)增加，轉(zhuan)變溫(wen)度下移，w(Cr)達1212%~13%時，降至約1000℃；在1000℃左右，轉(zhuan)變溫(wen)度線匯合而形成封閉的γ相區；當w(Cr)>12%~13%13％后，δ相不再轉(zhuan)變成γ相。

   5. 在(zai)α與γ區間有(you)一(yi)個(ge)α+y的雙相區。

   6. 當溫度低(di)于(yu)820℃時(shi)，高鉻的(de)Fe-Cr合金(jin)可形成金(jin)屬間化合物(wu)σ相。

三、合(he)金(jin)元素對合(he)金(jin)相(xiang)圖(tu)的影響(xiang)

 1. Cr對Fe-C相圖的影響

   鉻是(shi)縮小γ相(xiang)(xiang)區(qu)(qu)的(de)鐵素體形成元(yuan)素，隨著鉻含(han)量的(de)增加，γ相(xiang)(xiang)區(qu)(qu)逐漸(jian)縮小。

  圖3-3是w(Cr)=12%的(de)Fe-CC平衡(heng)相(xiang)圖，從中可以(yi)看出，鉻縮小了(le)γ相(xiang)的(de)區域；共析(xi)鋼的(de)碳含量(liang)降低（自B到(dao)B＇）；碳的(de)量(liang)大溶解(jie)量(liang)減少（自E到(dao)E＇）；δ相(xiang)的(de)穩定(ding)溫(wen)度降低（自FG到(dao)F'G'＇），α相(xiang)的(de)穩定(ding)溫(wen)度升高（自AB到(dao)A＇B＇）。

  圖3-4是w(Cr)=20%時(shi)的Fe-C平衡相圖，從(cong)中可以看到(dao)，當w(達到(dao)20％時(shi)，單(dan)相奧氏體(ti)已經不存在，只能與其他相（α相或碳化(hua)物）共同(tong)存在。

  圖3-5是鉻含量對Fe-C合金(jin)相圖中奧氏體(ti)區(qu)域的(de)影響。隨著鉻含量的(de)增加(jia)，奧氏體(ti)區(qu)域逐漸(jian)縮小。當w(Cr)達到(dao)20％時，奧氏體(ti)區(qu)域已(yi)不復存在，相當于一個點。

 2. 合金(jin)元素對Fe-Cr合金(jin)相(xiang)圖的(de)影(ying)響

   圖3-6是(shi)碳(tan)對(dui)Fe-Cr合金相(xiang)圖中γ相(xiang)區的影響示意(yi)圖。在區域(yu)1中，碳(tan)含量(liang)為零(ling)；隨著碳(tan)含量(liang)的增(zeng)加(jia)，γ相(xiang)區域(yu)會向外(wai)擴散，當(dang)(dang)w(C)=0.6%時，γ相(xiang)區域(yu)達到最(zui)大范圍；當(dang)(dang)w(C)>0.6%時，因為形成的碳(tan)化(hua)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(shi)碳(tan)、氮(dan)元素對Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中(γ+α)/α相(xiang)(xiang)界的(de)(de)影響，碳(tan)、氮(dan)的(de)(de)主要影響是(shi)使α+γ相(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)向鉻含量(liang)更高(gao)的(de)(de)方向移動(dong)(dong)。當(dang)w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時(shi)(shi)，Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中α+γ雙(shuang)相(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)的(de)(de)位置從w(Cr)=13%移到了(Cr)=17%；而當(dang)w(C)=0.04%w(N)=0.03%時(shi)(shi)，Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中α+γ雙(shuang)相(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)則(ze)移到w(Cr)=21%;而當(dang)w(C)=0.19%w(N)=0.02%時(shi)(shi)，則(ze)可移至(zhi)w(Cr)=26%處。另外，碳(tan)和氮(dan)還使α+γ雙(shuang)相(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)最寬位置向高(gao)的(de)(de)溫度方向移動(dong)(dong)。

   圖(tu)3-9是鎳(nie)對Fe-Crr二元相(xiang)圖(tu)的(de)影(ying)響，鎳(nie)的(de)作用與碳(tan)(tan)、氮(dan)相(xiang)似，也可(ke)擴大α+γγ相(xiang)區(qu)的(de)范圍。從(cong)圖(tu)3-9中可(ke)以明顯看出，當碳(tan)(tan)、氮(dan)含量(liang)一定(ding)時，隨(sui)著鎳(nie)含量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)，Fe-Cr相(xiang)圖(tu)中的(de)α+γ相(xiang)區(qu)的(de)范圍向(xiang)著鉻(ge)含量(liang)更高的(de)位置(zhi)和更高的(de)溫度方(fang)向(xiang)移動。