一、鐵碳合金相(xiang)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。
為此首先(xian)要(yao)了解鐵(tie)碳合(he)金(jin)相圖(tu)(tu)(tu),它是(shi)碳鋼(gang)在(zai)緩慢加(jia)熱(re)(re)(或(huo)緩慢冷卻(que))的條件下,不同成(cheng)分的鐵(tie)碳合(he)金(jin)的狀態或(huo)組(zu)織(zhi)隨溫度變(bian)化的圖(tu)(tu)(tu)形,是(shi)研究鐵(tie)碳合(he)金(jin)在(zai)平衡狀態下的成(cheng)分、金(jin)相組(zu)織(zhi)和性能的基(ji)礎。鐵(tie)碳合(he)金(jin)相圖(tu)(tu)(tu)也是(shi)鋼(gang)鐵(tie)熱(re)(re)處(chu)理的基(ji)礎(見圖(tu)(tu)(tu)3-1)。
為了便于(yu)查(cha)閱應用,現將(jiang)鐵碳合(he)金(jin)相圖中各點、線及其各種(zhong)相的(de)特(te)性分別列于(yu)表3-1~表3-4。
二、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(cong)圖3-2中也可以(yi)看到以(yi)下幾點：
1. As，鐵(tie)的(de)熔點是1539℃，隨(sui)著鉻的(de)加入而降低，Fe-Cr合金的(de)最低熔點及其相應的(de)化(hua)學成(cheng)分分別(bie)為1505℃及w(Cr)=22%。
2. 鉻使γ相區(qu)縮小到850～1400℃范(fan)圍(wei)內。
3. A3溫度(α=y)，純鐵時(shi)為912℃，因鉻(ge)含量的增加而下降，當(dang)w（Cr）提(ti)高到8％時(shi)，轉變溫度降到極小(xiao)值850℃；鉻(ge)量再提(ti)高，A3溫度開始迅速上升，w(Cr)=12%~13%時(shi)，約(yue)達到1000℃。賬
4. 溫(wen)(wen)度，δ是高溫(wen)(wen)α相(xiang)，純鐵(tie)轉(zhuan)變(bian)(bian)溫(wen)(wen)度為1394℃，隨著(zhu)鉻含量的(de)(8)增加，轉(zhuan)變(bian)(bian)溫(wen)(wen)度下移(yi)，w(Cr)達1212%~13%時，降至約1000℃；在(zai)1000℃左右，轉(zhuan)變(bian)(bian)溫(wen)(wen)度線匯(hui)合而形(xing)成(cheng)封(feng)閉的(de)γ相(xiang)區(qu)；當w(Cr)>12%~13%13％后，δ相(xiang)不(bu)再轉(zhuan)變(bian)(bian)成(cheng)γ相(xiang)。
5. 在α與γ區間有一個α+y的雙(shuang)相區。
6. 當溫度低(di)于820℃時，高鉻(ge)的(de)Fe-Cr合金可形成金屬(shu)間化合物σ相。
三、合(he)金元素對(dui)合(he)金相圖的影響
1. Cr對Fe-C相圖的影響
鉻是縮小(xiao)γ相區的鐵素(su)體形成元素(su)，隨著鉻含量的增加，γ相區逐漸縮小(xiao)。
圖(tu)3-3是(shi)w(Cr)=12%的(de)Fe-CC平衡相(xiang)圖(tu)，從中可以看出，鉻縮小了(le)γ相(xiang)的(de)區域(yu)；共析(xi)鋼的(de)碳(tan)含量降低（自B到B＇）；碳(tan)的(de)量大(da)溶解量減少(shao)（自E到E＇）；δ相(xiang)的(de)穩定(ding)溫度(du)(du)降低（自FG到F'G'＇），α相(xiang)的(de)穩定(ding)溫度(du)(du)升高(gao)（自AB到A＇B＇）。
圖3-4是(shi)w(Cr)=20%時的Fe-C平(ping)衡相圖，從中可以看到，當w(達(da)到20％時，單相奧(ao)氏體(ti)已經不存(cun)在(zai)，只能與其他相（α相或碳(tan)化物）共(gong)同存(cun)在(zai)。
圖(tu)3-5是鉻含量(liang)對Fe-C合金相(xiang)圖(tu)中奧(ao)(ao)氏體區域(yu)的影響。隨著鉻含量(liang)的增加，奧(ao)(ao)氏體區域(yu)逐漸縮小。當(dang)w(Cr)達到(dao)20％時，奧(ao)(ao)氏體區域(yu)已不復存(cun)在，相(xiang)當(dang)于一個點。
2. 合(he)金元素(su)對(dui)Fe-Cr合(he)金相(xiang)圖的影響(xiang)
圖(tu)3-6是碳對Fe-Cr合(he)金(jin)相(xiang)圖(tu)中(zhong)γ相(xiang)區(qu)的(de)(de)影響(xiang)示意圖(tu)。在區(qu)域1中(zhong)，碳含量為(wei)零(ling)；隨著碳含量的(de)(de)增加(jia)，γ相(xiang)區(qu)域會向外擴散(san)，當w(C)=0.6%時，γ相(xiang)區(qu)域達到最大范圍(wei)；當w(C)>0.6%時，因為(wei)形成的(de)(de)碳化(hua)鉻無法(fa)溶解，就無法(fa)擴散(san)γ相(xiang)區(qu)了(le)。
圖3-7、圖3-8是(shi)碳(tan)(tan)、氮元素對Fe-Cr合金(jin)相圖中(zhong)(γ+α)/α相界的影響，碳(tan)(tan)、氮的主要影響是(shi)使α+γ相區(qu)向(xiang)鉻含量(liang)更(geng)高的方(fang)向(xiang)移(yi)動。當w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時(shi)(shi)，Fe-Cr合金(jin)相圖中(zhong)α+γ雙(shuang)(shuang)相區(qu)的位(wei)置從w(Cr)=13%移(yi)到了(Cr)=17%；而當w(C)=0.04%w(N)=0.03%時(shi)(shi)，Fe-Cr合金(jin)相圖中(zhong)α+γ雙(shuang)(shuang)相區(qu)則(ze)移(yi)到w(Cr)=21%;而當w(C)=0.19%w(N)=0.02%時(shi)(shi)，則(ze)可移(yi)至w(Cr)=26%處。另外，碳(tan)(tan)和氮還(huan)使α+γ雙(shuang)(shuang)相區(qu)最寬(kuan)位(wei)置向(xiang)高的溫度方(fang)向(xiang)移(yi)動。
圖3-9是鎳對Fe-Crr二元相(xiang)(xiang)圖的(de)影響，鎳的(de)作用與(yu)碳、氮相(xiang)(xiang)似，也(ye)可(ke)擴大(da)α+γγ相(xiang)(xiang)區的(de)范圍(wei)。從(cong)圖3-9中(zhong)可(ke)以(yi)明顯看(kan)出，當碳、氮含量(liang)一定時，隨著(zhu)鎳含量(liang)的(de)增加，Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖中(zhong)的(de)α+γ相(xiang)(xiang)區的(de)范圍(wei)向著(zhu)鉻含量(liang)更高的(de)位置和更高的(de)溫度方向移(yi)動。
