一、鐵碳合金相圖

  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(wei)此首先要了(le)解鐵(tie)碳(tan)合(he)(he)金(jin)相(xiang)(xiang)圖(tu),它是(shi)碳(tan)鋼在緩慢加(jia)熱(或(huo)(huo)緩慢冷卻)的(de)(de)(de)條件下,不同成分的(de)(de)(de)鐵(tie)碳(tan)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)狀態或(huo)(huo)組織(zhi)隨溫度變化的(de)(de)(de)圖(tu)形(xing),是(shi)研究鐵(tie)碳(tan)合(he)(he)金(jin)在平衡狀態下的(de)(de)(de)成分、金(jin)相(xiang)(xiang)組織(zhi)和性能(neng)的(de)(de)(de)基礎(chu)。鐵(tie)碳(tan)合(he)(he)金(jin)相(xiang)(xiang)圖(tu)也是(shi)鋼鐵(tie)熱處理的(de)(de)(de)基礎(chu)(見圖(tu)3-1)。

  為了便于(yu)查閱應用,現將鐵碳合金(jin)相圖中各(ge)點(dian)、線及其各(ge)種(zhong)相的特性分別列于(yu)表3-1~表3-4。

二、Fe-Cr合金(jin)相(xiang)圖(tu)

  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中也可以看到以下幾點：

   1. As，鐵的熔點是1539℃，隨著鉻的加(jia)入而(er)降低，Fe-Cr合金(jin)的最低熔點及其相應的化學成分(fen)分(fen)別為1505℃及w(Cr)=22%。

   2. 鉻使γ相(xiang)區縮小到850～1400℃范圍(wei)內。

   3. A3溫度(du)(α=y)，純鐵(tie)時(shi)(shi)(shi)為912℃，因鉻(ge)含量的增(zeng)加而(er)下降，當w（Cr）提高到8％時(shi)(shi)(shi)，轉變溫度(du)降到極小(xiao)值850℃；鉻(ge)量再提高，A3溫度(du)開始迅速上(shang)升，w(Cr)=12%~13%時(shi)(shi)(shi)，約達到1000℃。賬

   4. 溫(wen)(wen)度(du)，δ是(shi)高溫(wen)(wen)α相(xiang)，純鐵轉(zhuan)(zhuan)變(bian)溫(wen)(wen)度(du)為1394℃，隨著鉻含(han)量的(8)增加，轉(zhuan)(zhuan)變(bian)溫(wen)(wen)度(du)下移，w(Cr)達1212%~13%時，降至約1000℃；在1000℃左(zuo)右，轉(zhuan)(zhuan)變(bian)溫(wen)(wen)度(du)線匯合而形成封閉的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區間有一(yi)個α+y的雙相區。

   6. 當溫度低于820℃時，高(gao)鉻(ge)的Fe-Cr合(he)金可形成金屬(shu)間化合(he)物σ相。

三(san)、合金元素對(dui)合金相圖的(de)影(ying)響

 1. Cr對Fe-C相圖的影響

   鉻是縮小γ相區的鐵素體形成元(yuan)素，隨著鉻含量的增加，γ相區逐漸縮小。

  圖3-3是w(Cr)=12%的(de)(de)(de)Fe-CC平衡相(xiang)圖，從中可以看出，鉻縮小了γ相(xiang)的(de)(de)(de)區(qu)域；共(gong)析鋼的(de)(de)(de)碳(tan)含量降低（自(zi)B到(dao)B＇）；碳(tan)的(de)(de)(de)量大(da)溶(rong)解量減少（自(zi)E到(dao)E＇）；δ相(xiang)的(de)(de)(de)穩(wen)定溫度降低（自(zi)FG到(dao)F'G'＇），α相(xiang)的(de)(de)(de)穩(wen)定溫度升(sheng)高（自(zi)AB到(dao)A＇B＇）。

  圖3-4是w(Cr)=20%時的Fe-C平衡(heng)相(xiang)圖，從中(zhong)可以看到，當w(達(da)到20％時，單相(xiang)奧氏(shi)體已經不(bu)存在(zai)，只能與其他相(xiang)（α相(xiang)或碳(tan)化物）共同存在(zai)。

  圖3-5是鉻含量(liang)對Fe-C合金相圖中奧氏(shi)(shi)體區域的(de)影(ying)響。隨著鉻含量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)，奧氏(shi)(shi)體區域逐漸縮小。當w(Cr)達到20％時，奧氏(shi)(shi)體區域已不(bu)復存在，相當于(yu)一個點。

 2. 合金元素(su)對(dui)Fe-Cr合金相圖的影響

   圖3-6是碳(tan)對Fe-Cr合金相(xiang)圖中(zhong)γ相(xiang)區(qu)的影響示意圖。在區(qu)域(yu)1中(zhong)，碳(tan)含量為零；隨(sui)著碳(tan)含量的增加，γ相(xiang)區(qu)域(yu)會向外擴(kuo)散(san)，當w(C)=0.6%時，γ相(xiang)區(qu)域(yu)達到(dao)最大范圍；當w(C)>0.6%時，因(yin)為形(xing)成的碳(tan)化鉻無法(fa)(fa)溶(rong)解，就無法(fa)(fa)擴(kuo)散(san)γ相(xiang)區(qu)了。

   圖3-7、圖3-8是(shi)碳(tan)、氮(dan)元素對Fe-Cr合(he)金(jin)相(xiang)圖中(γ+α)/α相(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)區(qu)向(xiang)(xiang)鉻(ge)含量更高的(de)(de)方向(xiang)(xiang)移(yi)動(dong)。當(dang)w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時，Fe-Cr合(he)金(jin)相(xiang)圖中α+γ雙(shuang)相(xiang)區(qu)的(de)(de)位置從(cong)w(Cr)=13%移(yi)到了(Cr)=17%；而當(dang)w(C)=0.04%w(N)=0.03%時，Fe-Cr合(he)金(jin)相(xiang)圖中α+γ雙(shuang)相(xiang)區(qu)則移(yi)到w(Cr)=21%;而當(dang)w(C)=0.19%w(N)=0.02%時，則可移(yi)至w(Cr)=26%處。另外，碳(tan)和氮(dan)還使α+γ雙(shuang)相(xiang)區(qu)最寬位置向(xiang)(xiang)高的(de)(de)溫(wen)度方向(xiang)(xiang)移(yi)動(dong)。

   圖(tu)(tu)3-9是鎳(nie)對Fe-Crr二元相圖(tu)(tu)的影響，鎳(nie)的作用與碳、氮(dan)相似，也可擴大(da)α+γγ相區(qu)的范圍。從(cong)圖(tu)(tu)3-9中(zhong)可以(yi)明顯看出，當碳、氮(dan)含量(liang)(liang)一(yi)定時，隨著鎳(nie)含量(liang)(liang)的增加，Fe-Cr相圖(tu)(tu)中(zhong)的α+γ相區(qu)的范圍向著鉻(ge)含量(liang)(liang)更高的位置(zhi)和(he)更高的溫度方(fang)向移動。