一、鐵碳(tan)合(he)金相圖
在不(bu)銹鋼熱處理(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(wei)此首先要(yao)了解鐵(tie)(tie)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)(jin)相(xiang)(xiang)圖(tu)(tu),它是碳(tan)鋼在(zai)緩慢加熱(或(huo)緩慢冷卻)的(de)條件下(xia),不同成分(fen)的(de)鐵(tie)(tie)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)(jin)的(de)狀態或(huo)組織(zhi)隨溫(wen)度變化的(de)圖(tu)(tu)形,是研究鐵(tie)(tie)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)(jin)在(zai)平衡狀態下(xia)的(de)成分(fen)、金(jin)(jin)相(xiang)(xiang)組織(zhi)和性能的(de)基(ji)礎(chu)(chu)。鐵(tie)(tie)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)(jin)相(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)也是鋼鐵(tie)(tie)(tie)熱處理的(de)基(ji)礎(chu)(chu)(見圖(tu)(tu)3-1)。
為了(le)便于查閱(yue)應用,現將鐵碳(tan)合金相(xiang)圖(tu)中各點、線及其各種相(xiang)的(de)特性分別列于表3-1~表3-4。
二(er)、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(bu)銹(xiu)鋼(gang)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(tu)3-2中也可以看到(dao)以下幾點：
1. As，鐵的(de)(de)熔點是1539℃，隨著鉻的(de)(de)加入(ru)而降低(di)，Fe-Cr合金的(de)(de)最低(di)熔點及其相應的(de)(de)化學成(cheng)分分別(bie)為1505℃及w(Cr)=22%。
2. 鉻使(shi)γ相區縮(suo)小(xiao)到850～1400℃范圍(wei)內(nei)。
3. A3溫(wen)(wen)度(du)(α=y)，純鐵(tie)時(shi)為912℃，因(yin)鉻含量的增(zeng)加而下(xia)降(jiang)，當w（Cr）提高到8％時(shi)，轉變溫(wen)(wen)度(du)降(jiang)到極(ji)小值850℃；鉻量再提高，A3溫(wen)(wen)度(du)開始迅速上(shang)升，w(Cr)=12%~13%時(shi)，約(yue)達到1000℃。賬
4. 溫(wen)(wen)度(du)，δ是高溫(wen)(wen)α相，純鐵(tie)轉(zhuan)變溫(wen)(wen)度(du)為(wei)1394℃，隨(sui)著鉻含量的(8)增加(jia)，轉(zhuan)變溫(wen)(wen)度(du)下移，w(Cr)達(da)1212%~13%時，降至約1000℃；在1000℃左右，轉(zhuan)變溫(wen)(wen)度(du)線匯合而形(xing)成封閉的γ相區(qu)；當w(Cr)>12%~13%13％后，δ相不(bu)再轉(zhuan)變成γ相。
5. 在(zai)α與(yu)γ區間有(you)一個α+y的雙相區。
6. 當溫度(du)低于820℃時，高鉻的Fe-Cr合金可(ke)形成(cheng)金屬(shu)間化合物σ相(xiang)。
三(san)、合(he)金(jin)元素(su)對合(he)金(jin)相圖的影(ying)響
1. Cr對Fe-C相圖的影響
鉻是縮(suo)小γ相(xiang)區的鐵素體形成元素，隨著鉻含量的增加，γ相(xiang)區逐(zhu)漸縮(suo)小。
圖(tu)3-3是w(Cr)=12%的(de)Fe-CC平衡(heng)相圖(tu)，從中可以看出，鉻縮(suo)小了(le)γ相的(de)區域；共析(xi)鋼的(de)碳(tan)含(han)量(liang)降低（自(zi)B到(dao)B＇）；碳(tan)的(de)量(liang)大(da)溶解量(liang)減(jian)少（自(zi)E到(dao)E＇）；δ相的(de)穩(wen)定溫度降低（自(zi)FG到(dao)F'G'＇），α相的(de)穩(wen)定溫度升高（自(zi)AB到(dao)A＇B＇）。
圖3-4是w(Cr)=20%時的Fe-C平衡相(xiang)圖，從中可以看到，當w(達到20％時，單(dan)相(xiang)奧氏體已經(jing)不存在，只能與其他相(xiang)（α相(xiang)或(huo)碳化物）共同存在。
圖3-5是(shi)鉻(ge)含量(liang)對(dui)Fe-C合金相圖中奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)區域的影響。隨著鉻(ge)含量(liang)的增加，奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)區域逐漸(jian)縮小。當(dang)w(Cr)達到(dao)20％時，奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)區域已(yi)不復存在(zai)，相當(dang)于一個點(dian)。
2. 合金元素對Fe-Cr合金相圖的影響
圖3-6是碳(tan)(tan)對Fe-Cr合金(jin)相圖中γ相區的影響示意圖。在區域(yu)1中，碳(tan)(tan)含量為(wei)零；隨著碳(tan)(tan)含量的增加，γ相區域(yu)會(hui)向外擴(kuo)散(san)，當w(C)=0.6%時(shi)(shi)，γ相區域(yu)達到最大范(fan)圍；當w(C)>0.6%時(shi)(shi)，因為(wei)形成(cheng)的碳(tan)(tan)化鉻無(wu)法溶解，就無(wu)法擴(kuo)散(san)γ相區了。
圖(tu)(tu)3-7、圖(tu)(tu)3-8是碳(tan)、氮元素(su)對Fe-Cr合(he)金(jin)(jin)相(xiang)圖(tu)(tu)中(γ+α)/α相(xiang)界(jie)的(de)影響，碳(tan)、氮的(de)主要影響是使α+γ相(xiang)區向鉻含量更高的(de)方(fang)向移動。當(dang)(dang)w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時，Fe-Cr合(he)金(jin)(jin)相(xiang)圖(tu)(tu)中α+γ雙(shuang)(shuang)相(xiang)區的(de)位置從w(Cr)=13%移到了(le)(Cr)=17%；而當(dang)(dang)w(C)=0.04%w(N)=0.03%時，Fe-Cr合(he)金(jin)(jin)相(xiang)圖(tu)(tu)中α+γ雙(shuang)(shuang)相(xiang)區則(ze)移到w(Cr)=21%;而當(dang)(dang)w(C)=0.19%w(N)=0.02%時，則(ze)可移至(zhi)w(Cr)=26%處。另外，碳(tan)和氮還使α+γ雙(shuang)(shuang)相(xiang)區最寬(kuan)位置向高的(de)溫(wen)度(du)方(fang)向移動。
圖3-9是鎳(nie)(nie)對(dui)Fe-Crr二元相(xiang)(xiang)圖的(de)(de)(de)(de)影(ying)響，鎳(nie)(nie)的(de)(de)(de)(de)作用與碳(tan)、氮相(xiang)(xiang)似，也可(ke)擴大α+γγ相(xiang)(xiang)區的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍。從圖3-9中可(ke)以(yi)明顯看出，當(dang)碳(tan)、氮含量(liang)一(yi)定時，隨著鎳(nie)(nie)含量(liang)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加，Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖中的(de)(de)(de)(de)α+γ相(xiang)(xiang)區的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍向(xiang)著鉻(ge)含量(liang)更高的(de)(de)(de)(de)位置和更高的(de)(de)(de)(de)溫度方向(xiang)移動。
