一、鐵(tie)碳(tan)合(he)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(ci)首(shou)先(xian)要了解(jie)鐵碳合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)相圖(tu)(tu),它是碳鋼(gang)在緩慢加熱(或緩慢冷卻(que))的條件下,不同成分的鐵碳合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的狀態(tai)或組(zu)織隨溫度變(bian)化的圖(tu)(tu)形(xing),是研(yan)究鐵碳合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)在平衡狀態(tai)下的成分、金(jin)(jin)(jin)相組(zu)織和性能的基礎。鐵碳合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)相圖(tu)(tu)也是鋼(gang)鐵熱處理的基礎(見(jian)圖(tu)(tu)3-1)。

  為了便于(yu)查(cha)閱應(ying)用(yong),現將鐵(tie)碳合金相圖(tu)中各點、線及其各種相的特性分別列于(yu)表3-1~表3-4。

二(er)、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(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3-2中也可以看到以下幾(ji)點：

   1. As，鐵的(de)熔點(dian)是1539℃，隨著(zhu)鉻的(de)加入而(er)降低(di)，Fe-Cr合金的(de)最低(di)熔點(dian)及(ji)其(qi)相應(ying)的(de)化(hua)學成分分別為(wei)1505℃及(ji)w(Cr)=22%。

   2. 鉻(ge)使γ相區縮小(xiao)到(dao)850～1400℃范(fan)圍(wei)內。

   3. A3溫度(α=y)，純鐵時為912℃，因(yin)鉻含量(liang)的增加而下降，當w（Cr）提(ti)高(gao)到8％時，轉變溫度降到極小值850℃；鉻量(liang)再提(ti)高(gao)，A3溫度開始(shi)迅速(su)上(shang)升，w(Cr)=12%~13%時，約達到1000℃。賬

   4. 溫(wen)(wen)度(du)(du)，δ是高溫(wen)(wen)α相，純鐵轉變(bian)溫(wen)(wen)度(du)(du)為1394℃，隨(sui)著鉻含量的(de)(8)增加(jia)，轉變(bian)溫(wen)(wen)度(du)(du)下移，w(Cr)達1212%~13%時(shi)，降至約(yue)1000℃；在(zai)1000℃左右，轉變(bian)溫(wen)(wen)度(du)(du)線(xian)匯合(he)而形成封閉的(de)γ相區；當w(Cr)>12%~13%13％后，δ相不再轉變(bian)成γ相。

   5. 在α與γ區間有一個(ge)α+y的雙相區。

   6. 當溫(wen)度低于820℃時(shi)，高鉻的(de)Fe-Cr合金可形成金屬間(jian)化(hua)合物(wu)σ相。

三、合(he)金元素對合(he)金相圖的影響(xiang)

 1. Cr對Fe-C相圖的影(ying)響

   鉻是(shi)縮小γ相(xiang)區的鐵(tie)素體形(xing)成元(yuan)素，隨著鉻含(han)量的增加，γ相(xiang)區逐漸縮小。

  圖3-3是w(Cr)=12%的(de)(de)(de)Fe-CC平衡(heng)相(xiang)圖，從中可以(yi)看出，鉻縮(suo)小了γ相(xiang)的(de)(de)(de)區域；共析鋼的(de)(de)(de)碳含量(liang)降(jiang)(jiang)低(di)（自B到B＇）；碳的(de)(de)(de)量(liang)大(da)溶解量(liang)減少（自E到E＇）；δ相(xiang)的(de)(de)(de)穩定溫度降(jiang)(jiang)低(di)（自FG到F'G'＇），α相(xiang)的(de)(de)(de)穩定溫度升高（自AB到A＇B＇）。

  圖(tu)3-4是w(Cr)=20%時(shi)的(de)Fe-C平衡相(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)，從中可以看到(dao)，當w(達到(dao)20％時(shi)，單相(xiang)(xiang)(xiang)奧氏體(ti)已經(jing)不存(cun)在，只能與(yu)其他相(xiang)(xiang)(xiang)（α相(xiang)(xiang)(xiang)或碳化物）共同存(cun)在。

  圖(tu)3-5是鉻含量對Fe-C合金相(xiang)(xiang)圖(tu)中奧(ao)氏(shi)(shi)體區(qu)(qu)域的影響。隨著鉻含量的增(zeng)加，奧(ao)氏(shi)(shi)體區(qu)(qu)域逐漸(jian)縮小。當w(Cr)達到20％時(shi)，奧(ao)氏(shi)(shi)體區(qu)(qu)域已(yi)不復(fu)存在，相(xiang)(xiang)當于一(yi)個點。

 2. 合金(jin)元素對(dui)Fe-Cr合金(jin)相圖的影(ying)響

   圖3-6是(shi)碳(tan)(tan)對Fe-Cr合金相(xiang)圖中γ相(xiang)區(qu)(qu)的(de)影響示意圖。在(zai)區(qu)(qu)域1中，碳(tan)(tan)含(han)量為零；隨(sui)著(zhu)碳(tan)(tan)含(han)量的(de)增(zeng)加(jia)，γ相(xiang)區(qu)(qu)域會向(xiang)外擴散，當w(C)=0.6%時，γ相(xiang)區(qu)(qu)域達到最大范圍(wei)；當w(C)>0.6%時，因(yin)為形成的(de)碳(tan)(tan)化(hua)鉻(ge)無法(fa)溶解，就無法(fa)擴散γ相(xiang)區(qu)(qu)了。

   圖3-7、圖3-8是碳(tan)、氮(dan)元(yuan)素對Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)圖中(zhong)(γ+α)/α相(xiang)(xiang)界的(de)(de)影(ying)(ying)響，碳(tan)、氮(dan)的(de)(de)主要影(ying)(ying)響是使(shi)α+γ相(xiang)(xiang)區(qu)向(xiang)(xiang)(xiang)鉻含量(liang)更高的(de)(de)方向(xiang)(xiang)(xiang)移動(dong)。當w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時，Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)圖中(zhong)α+γ雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)區(qu)的(de)(de)位(wei)置(zhi)從w(Cr)=13%移到了(Cr)=17%；而當w(C)=0.04%w(N)=0.03%時，Fe-Cr合(he)金相(xiang)(xiang)圖中(zhong)α+γ雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)區(qu)則(ze)移到w(Cr)=21%;而當w(C)=0.19%w(N)=0.02%時，則(ze)可(ke)移至w(Cr)=26%處(chu)。另外，碳(tan)和氮(dan)還使(shi)α+γ雙(shuang)(shuang)相(xiang)(xiang)區(qu)最寬位(wei)置(zhi)向(xiang)(xiang)(xiang)高的(de)(de)溫度方向(xiang)(xiang)(xiang)移動(dong)。

   圖(tu)3-9是鎳(nie)對Fe-Crr二元相(xiang)圖(tu)的(de)影響，鎳(nie)的(de)作用與碳(tan)、氮(dan)相(xiang)似，也可擴大α+γγ相(xiang)區的(de)范圍。從圖(tu)3-9中(zhong)可以明(ming)顯看出(chu)，當碳(tan)、氮(dan)含量一定時(shi)，隨著鎳(nie)含量的(de)增加(jia)，Fe-Cr相(xiang)圖(tu)中(zhong)的(de)α+γ相(xiang)區的(de)范圍向著鉻含量更高的(de)位置和(he)更高的(de)溫度(du)方向移動。