一、鐵碳合金相圖

  在不銹鋼(gang)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)先要了解鐵(tie)碳(tan)合(he)金相(xiang)(xiang)圖(tu),它是(shi)碳(tan)鋼(gang)在緩慢加熱(或緩慢冷卻)的條(tiao)件下,不同成(cheng)分的鐵(tie)碳(tan)合(he)金的狀(zhuang)態或組織隨溫度變化的圖(tu)形(xing),是(shi)研究鐵(tie)碳(tan)合(he)金在平(ping)衡(heng)狀(zhuang)態下的成(cheng)分、金相(xiang)(xiang)組織和性能的基(ji)礎。鐵(tie)碳(tan)合(he)金相(xiang)(xiang)圖(tu)也(ye)是(shi)鋼(gang)鐵(tie)熱處理的基(ji)礎(見圖(tu)3-1)。

  為了便于查閱應用,現將鐵(tie)碳合金相(xiang)圖中各點(dian)、線及(ji)其各種(zhong)相(xiang)的特性分(fen)別列于表3-1~表3-4。

二、Fe-Cr合金(jin)相圖

  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(zhong)也可(ke)以看到以下幾(ji)點：

   1. As，鐵的(de)熔點是(shi)1539℃，隨著(zhu)鉻的(de)加(jia)入而降低(di)，Fe-Cr合金的(de)最(zui)低(di)熔點及(ji)(ji)其相應(ying)的(de)化學成分分別為1505℃及(ji)(ji)w(Cr)=22%。

   2. 鉻(ge)使γ相區縮小到850～1400℃范圍內。

   3. A3溫度(α=y)，純(chun)鐵時(shi)為912℃，因鉻含(han)量(liang)的增加而下(xia)降，當w（Cr）提高(gao)到8％時(shi)，轉變溫度降到極小值850℃；鉻量(liang)再提高(gao)，A3溫度開始迅速(su)上升，w(Cr)=12%~13%時(shi)，約達到1000℃。賬

   4. 溫度，δ是(shi)高溫α相，純鐵轉(zhuan)變(bian)溫度為1394℃，隨(sui)著(zhu)鉻含量的(8)增(zeng)加，轉(zhuan)變(bian)溫度下移，w(Cr)達1212%~13%時(shi)，降(jiang)至約(yue)1000℃；在(zai)1000℃左右(you)，轉(zhuan)變(bian)溫度線(xian)匯合而形成封閉的γ相區(qu)；當w(Cr)>12%~13%13％后，δ相不再(zai)轉(zhuan)變(bian)成γ相。

   5. 在α與γ區間有一個α+y的雙(shuang)相(xiang)區。

   6. 當(dang)溫度低于820℃時，高鉻的(de)Fe-Cr合金(jin)可形(xing)成金(jin)屬間化合物σ相。

三(san)、合金元素對合金相圖(tu)的影響(xiang)

 1. Cr對(dui)Fe-C相圖的影響

   鉻是縮小γ相區的(de)鐵素(su)體形成元素(su)，隨著鉻含量(liang)的(de)增加，γ相區逐漸縮小。

  圖3-3是w(Cr)=12%的(de)(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)(de)區域；共(gong)析鋼的(de)(de)(de)(de)碳含量(liang)(liang)降(jiang)低（自(zi)B到(dao)B＇）；碳的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)大溶解量(liang)(liang)減少（自(zi)E到(dao)E＇）；δ相(xiang)的(de)(de)(de)(de)穩定溫度降(jiang)低（自(zi)FG到(dao)F'G'＇），α相(xiang)的(de)(de)(de)(de)穩定溫度升高（自(zi)AB到(dao)A＇B＇）。

  圖(tu)3-4是w(Cr)=20%時(shi)的Fe-C平衡相(xiang)圖(tu)，從中(zhong)可以看到，當(dang)w(達到20％時(shi)，單相(xiang)奧氏(shi)體已經不存在，只能與(yu)其(qi)他相(xiang)（α相(xiang)或碳化物）共同存在。

  圖(tu)3-5是鉻含量對Fe-C合(he)金(jin)相(xiang)圖(tu)中奧(ao)氏體區域(yu)的影響。隨著鉻含量的增加，奧(ao)氏體區域(yu)逐漸縮小。當w(Cr)達到20％時，奧(ao)氏體區域(yu)已(yi)不(bu)復存在(zai)，相(xiang)當于(yu)一個(ge)點(dian)。

 2. 合(he)金元素對Fe-Cr合(he)金相圖(tu)的影響

   圖3-6是(shi)碳(tan)對Fe-Cr合金相圖中γ相區(qu)的(de)影響示意圖。在區(qu)域(yu)1中，碳(tan)含量(liang)(liang)為零；隨著碳(tan)含量(liang)(liang)的(de)增加，γ相區(qu)域(yu)會向外擴(kuo)散，當w(C)=0.6%時，γ相區(qu)域(yu)達(da)到最大(da)范圍；當w(C)>0.6%時，因為形成的(de)碳(tan)化鉻無法(fa)溶解，就無法(fa)擴(kuo)散γ相區(qu)了。

   圖3-7、圖3-8是碳、氮元素(su)對Fe-Cr合金相(xiang)圖中(zhong)(γ+α)/α相(xiang)界(jie)的(de)影響，碳、氮的(de)主要(yao)影響是使α+γ相(xiang)區向鉻含量更高(gao)的(de)方向移動(dong)。當(dang)(dang)w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時，Fe-Cr合金相(xiang)圖中(zhong)α+γ雙(shuang)相(xiang)區的(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)圖中(zhong)α+γ雙(shuang)相(xiang)區則移到w(Cr)=21%;而當(dang)(dang)w(C)=0.19%w(N)=0.02%時，則可移至w(Cr)=26%處。另外，碳和(he)氮還使α+γ雙(shuang)相(xiang)區最寬(kuan)位置(zhi)向高(gao)的(de)溫度方向移動(dong)。

   圖3-9是(shi)鎳(nie)(nie)對Fe-Crr二元相(xiang)圖的(de)(de)(de)影響，鎳(nie)(nie)的(de)(de)(de)作用與碳、氮(dan)相(xiang)似，也可(ke)擴大(da)α+γγ相(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)范圍。從圖3-9中可(ke)以明顯(xian)看出(chu)，當碳、氮(dan)含(han)量(liang)一定時，隨著(zhu)鎳(nie)(nie)含(han)量(liang)的(de)(de)(de)增(zeng)加，Fe-Cr相(xiang)圖中的(de)(de)(de)α+γ相(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)范圍向(xiang)著(zhu)鉻(ge)含(han)量(liang)更(geng)(geng)高的(de)(de)(de)位(wei)置和(he)更(geng)(geng)高的(de)(de)(de)溫度(du)方向(xiang)移動。