一、鐵碳合(he)金相(xiang)圖
在不銹鋼熱(re)處理(li)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)首先要了解鐵(tie)碳(tan)合(he)(he)金(jin)(jin)相(xiang)圖,它(ta)是(shi)碳(tan)鋼在緩(huan)慢加熱(或緩(huan)慢冷卻)的(de)(de)條件下,不同成分(fen)(fen)的(de)(de)鐵(tie)碳(tan)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)狀態或組織隨溫(wen)度變(bian)化的(de)(de)圖形,是(shi)研究鐵(tie)碳(tan)合(he)(he)金(jin)(jin)在平衡(heng)狀態下的(de)(de)成分(fen)(fen)、金(jin)(jin)相(xiang)組織和(he)性(xing)能的(de)(de)基(ji)礎(chu)。鐵(tie)碳(tan)合(he)(he)金(jin)(jin)相(xiang)圖也是(shi)鋼鐵(tie)熱處理的(de)(de)基(ji)礎(chu)(見圖3-1)。
為了便于查(cha)閱應(ying)用,現(xian)將鐵碳(tan)合金相(xiang)圖(tu)中各點、線及(ji)其各種相(xiang)的(de)特性(xing)分別列于表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(tu)3-2中也可(ke)以(yi)看到(dao)以(yi)下(xia)幾點(dian)：
1. As，鐵的(de)(de)熔(rong)點是(shi)1539℃，隨(sui)著(zhu)鉻的(de)(de)加入而(er)降低，Fe-Cr合金的(de)(de)最(zui)低熔(rong)點及其相應的(de)(de)化學成分分別為1505℃及w(Cr)=22%。
2. 鉻使(shi)γ相區縮(suo)小到850～1400℃范圍(wei)內。
3. A3溫(wen)(wen)度(α=y)，純鐵時(shi)為912℃，因鉻(ge)含量(liang)的增加而下降，當(dang)w（Cr）提高(gao)到8％時(shi)，轉(zhuan)變溫(wen)(wen)度降到極小(xiao)值(zhi)850℃；鉻(ge)量(liang)再提高(gao)，A3溫(wen)(wen)度開始迅(xun)速上升，w(Cr)=12%~13%時(shi)，約達到1000℃。賬
4. 溫(wen)度(du)(du)，δ是(shi)高溫(wen)α相(xiang)，純鐵(tie)轉變溫(wen)度(du)(du)為1394℃，隨著(zhu)鉻含量的(de)(de)(8)增加，轉變溫(wen)度(du)(du)下移，w(Cr)達1212%~13%時，降至約1000℃；在1000℃左右，轉變溫(wen)度(du)(du)線匯(hui)合(he)而形成(cheng)封(feng)閉的(de)(de)γ相(xiang)區(qu)；當w(Cr)>12%~13%13％后(hou)，δ相(xiang)不再轉變成(cheng)γ相(xiang)。
5. 在α與γ區(qu)間有(you)一(yi)個α+y的雙相區(qu)。
6. 當溫度低于820℃時，高鉻的Fe-Cr合金(jin)可形成金(jin)屬間化合物σ相。
三、合(he)金元素(su)對合(he)金相圖(tu)的影(ying)響
1. Cr對(dui)Fe-C相(xiang)圖的影響
鉻(ge)是縮小(xiao)γ相區(qu)的鐵素(su)體形成元素(su)，隨著(zhu)鉻(ge)含量的增(zeng)加，γ相區(qu)逐漸(jian)縮小(xiao)。
圖(tu)(tu)3-3是(shi)w(Cr)=12%的Fe-CC平(ping)衡(heng)相圖(tu)(tu)，從中可以看出，鉻縮(suo)小了γ相的區域；共(gong)析鋼的碳含量降低（自B到(dao)B＇）；碳的量大溶解量減少（自E到(dao)E＇）；δ相的穩(wen)定(ding)溫度降低（自FG到(dao)F'G'＇），α相的穩(wen)定(ding)溫度升高（自AB到(dao)A＇B＇）。
圖3-4是w(Cr)=20%時(shi)的Fe-C平衡相(xiang)(xiang)(xiang)圖，從中(zhong)可以看到(dao)，當w(達到(dao)20％時(shi)，單相(xiang)(xiang)(xiang)奧氏體已(yi)經(jing)不(bu)存(cun)在，只能與(yu)其他(ta)相(xiang)(xiang)(xiang)（α相(xiang)(xiang)(xiang)或碳化物）共同存(cun)在。
圖(tu)(tu)3-5是(shi)鉻(ge)含量對Fe-C合(he)金(jin)相(xiang)圖(tu)(tu)中(zhong)奧(ao)氏(shi)體區域(yu)的(de)影響。隨(sui)著(zhu)鉻(ge)含量的(de)增(zeng)加，奧(ao)氏(shi)體區域(yu)逐漸縮小。當w(Cr)達到(dao)20％時(shi)，奧(ao)氏(shi)體區域(yu)已(yi)不(bu)復存在，相(xiang)當于(yu)一(yi)個點。
2. 合(he)金(jin)元素對(dui)Fe-Cr合(he)金(jin)相圖的影響
圖3-6是碳(tan)對Fe-Cr合金相(xiang)圖中(zhong)γ相(xiang)區的(de)影響示意圖。在區域1中(zhong)，碳(tan)含量為零；隨著碳(tan)含量的(de)增(zeng)加，γ相(xiang)區域會(hui)向外擴(kuo)散(san)，當w(C)=0.6%時(shi)，γ相(xiang)區域達到最大范圍(wei)；當w(C)>0.6%時(shi)，因為形(xing)成的(de)碳(tan)化鉻(ge)無法溶解(jie)，就無法擴(kuo)散(san)γ相(xiang)區了。
圖(tu)3-7、圖(tu)3-8是碳、氮元素對Fe-Cr合金相圖(tu)中(zhong)(γ+α)/α相界(jie)的(de)(de)影響(xiang)，碳、氮的(de)(de)主(zhu)要(yao)影響(xiang)是使α+γ相區向鉻含量更高的(de)(de)方(fang)向移動。當(dang)w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時(shi)，Fe-Cr合金相圖(tu)中(zhong)α+γ雙相區的(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)，Fe-Cr合金相圖(tu)中(zhong)α+γ雙相區則(ze)(ze)移到w(Cr)=21%;而當(dang)w(C)=0.19%w(N)=0.02%時(shi)，則(ze)(ze)可移至w(Cr)=26%處。另外，碳和氮還使α+γ雙相區最寬位置向高的(de)(de)溫度方(fang)向移動。
圖3-9是鎳對Fe-Crr二元(yuan)相(xiang)圖的影(ying)響，鎳的作用與碳、氮相(xiang)似，也(ye)可(ke)擴大α+γγ相(xiang)區(qu)的范圍。從圖3-9中可(ke)以明顯看(kan)出，當碳、氮含(han)量(liang)一定時，隨著鎳含(han)量(liang)的增加，Fe-Cr相(xiang)圖中的α+γ相(xiang)區(qu)的范圍向著鉻含(han)量(liang)更高(gao)的位置和更高(gao)的溫度方向移動。
