一、鐵碳合金相圖
在不銹(xiu)鋼熱(re)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)首先要(yao)了解鐵碳合(he)(he)金相(xiang)圖,它是碳鋼(gang)在緩慢(man)加熱(或緩慢(man)冷卻)的(de)(de)條件下(xia),不同(tong)成分(fen)的(de)(de)鐵碳合(he)(he)金的(de)(de)狀態(tai)或組織隨溫(wen)度(du)變化(hua)的(de)(de)圖形,是研究鐵碳合(he)(he)金在平衡狀態(tai)下(xia)的(de)(de)成分(fen)、金相(xiang)組織和性能的(de)(de)基礎。鐵碳合(he)(he)金相(xiang)圖也是鋼(gang)鐵熱處理的(de)(de)基礎(見圖3-1)。
為了便于查閱應(ying)用,現(xian)將鐵碳合(he)金相圖中各點、線及其各種(zhong)相的特(te)性分(fen)別(bie)列于表3-1~表3-4。
二、Fe-Cr合金相(xiang)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。
從圖3-2中也可以(yi)看到以(yi)下幾點：
1. As，鐵(tie)的(de)熔點是(shi)1539℃，隨著鉻的(de)加入而降低，Fe-Cr合金的(de)最低熔點及其相應的(de)化學(xue)成分分別(bie)為1505℃及w(Cr)=22%。
2. 鉻使γ相區縮(suo)小到850～1400℃范(fan)圍(wei)內。
3. A3溫(wen)(wen)度(α=y)，純鐵(tie)時(shi)為912℃，因鉻(ge)含量的增加而(er)下降，當w（Cr）提高(gao)到8％時(shi)，轉變溫(wen)(wen)度降到極小值850℃；鉻(ge)量再提高(gao)，A3溫(wen)(wen)度開始(shi)迅速上升，w(Cr)=12%~13%時(shi)，約(yue)達(da)到1000℃。賬
4. 溫(wen)度(du)，δ是高(gao)溫(wen)α相(xiang)，純鐵轉(zhuan)變溫(wen)度(du)為(wei)1394℃，隨著鉻(ge)含量(liang)的(8)增(zeng)加，轉(zhuan)變溫(wen)度(du)下移，w(Cr)達1212%~13%時，降至約1000℃；在1000℃左(zuo)右，轉(zhuan)變溫(wen)度(du)線匯合(he)而形成(cheng)封閉的γ相(xiang)區；當(dang)w(Cr)>12%~13%13％后(hou)，δ相(xiang)不再轉(zhuan)變成(cheng)γ相(xiang)。
5. 在(zai)α與(yu)γ區間有一個α+y的雙(shuang)相區。
6. 當溫(wen)度低于820℃時，高鉻(ge)的Fe-Cr合金(jin)可形成金(jin)屬間化合物σ相。
三、合金元素(su)對合金相圖的(de)影(ying)響
1. Cr對Fe-C相圖的影響
鉻是縮小γ相區(qu)的(de)鐵(tie)素體(ti)形成元(yuan)素，隨(sui)著(zhu)鉻含量(liang)的(de)增加，γ相區(qu)逐(zhu)漸縮小。
圖3-3是(shi)w(Cr)=12%的(de)(de)Fe-CC平衡相圖，從中可以看出，鉻縮小了(le)γ相的(de)(de)區域(yu)；共析(xi)鋼的(de)(de)碳含量(liang)降(jiang)低(di)（自B到(dao)B＇）；碳的(de)(de)量(liang)大溶解量(liang)減少（自E到(dao)E＇）；δ相的(de)(de)穩(wen)(wen)定溫度(du)降(jiang)低(di)（自FG到(dao)F'G'＇），α相的(de)(de)穩(wen)(wen)定溫度(du)升(sheng)高(gao)（自AB到(dao)A＇B＇）。
圖3-4是w(Cr)=20%時的Fe-C平衡相(xiang)(xiang)(xiang)圖，從中可以看到(dao)，當w(達(da)到(dao)20％時，單相(xiang)(xiang)(xiang)奧氏體已(yi)經不存在，只(zhi)能與其(qi)他相(xiang)(xiang)(xiang)（α相(xiang)(xiang)(xiang)或碳化物）共(gong)同存在。
圖(tu)3-5是鉻(ge)含量對Fe-C合金(jin)相圖(tu)中(zhong)奧(ao)氏體(ti)區域的影響。隨著鉻(ge)含量的增加，奧(ao)氏體(ti)區域逐漸(jian)縮小。當w(Cr)達到20％時(shi)，奧(ao)氏體(ti)區域已不復存在，相當于一個點(dian)。
2. 合(he)金元素(su)對Fe-Cr合(he)金相(xiang)圖的影響
圖3-6是碳(tan)(tan)對(dui)Fe-Cr合金相圖中γ相區(qu)的(de)影響示(shi)意圖。在區(qu)域1中，碳(tan)(tan)含(han)量為(wei)零；隨(sui)著碳(tan)(tan)含(han)量的(de)增加，γ相區(qu)域會向外擴散，當w(C)=0.6%時，γ相區(qu)域達到最大范圍；當w(C)>0.6%時，因(yin)為(wei)形成的(de)碳(tan)(tan)化鉻無法溶解，就(jiu)無法擴散γ相區(qu)了。
圖(tu)(tu)3-7、圖(tu)(tu)3-8是(shi)碳(tan)、氮(dan)元(yuan)素對Fe-Cr合金(jin)相(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中(γ+α)/α相(xiang)(xiang)(xiang)界的(de)影響，碳(tan)、氮(dan)的(de)主要影響是(shi)使α+γ相(xiang)(xiang)(xiang)區向鉻(ge)含量更(geng)高的(de)方向移動。當(dang)w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時(shi)(shi)，Fe-Cr合金(jin)相(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中α+γ雙相(xiang)(xiang)(xiang)區的(de)位置從w(Cr)=13%移到(dao)了(Cr)=17%；而(er)當(dang)w(C)=0.04%w(N)=0.03%時(shi)(shi)，Fe-Cr合金(jin)相(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中α+γ雙相(xiang)(xiang)(xiang)區則(ze)移到(dao)w(Cr)=21%;而(er)當(dang)w(C)=0.19%w(N)=0.02%時(shi)(shi)，則(ze)可移至w(Cr)=26%處。另外，碳(tan)和氮(dan)還使α+γ雙相(xiang)(xiang)(xiang)區最寬位置向高的(de)溫度方向移動。
圖3-9是鎳對Fe-Crr二元相(xiang)(xiang)圖的(de)影響(xiang)，鎳的(de)作用與碳、氮(dan)相(xiang)(xiang)似(si)，也(ye)可擴大(da)α+γγ相(xiang)(xiang)區的(de)范圍。從圖3-9中可以明(ming)顯看出，當(dang)碳、氮(dan)含(han)(han)量(liang)一定時，隨著鎳含(han)(han)量(liang)的(de)增加，Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖中的(de)α+γ相(xiang)(xiang)區的(de)范圍向著鉻含(han)(han)量(liang)更(geng)(geng)高的(de)位置和更(geng)(geng)高的(de)溫度(du)方向移動。
