一、鐵碳合金相(xiang)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。
為此首先要(yao)了解(jie)鐵碳(tan)(tan)合(he)金(jin)相圖(tu),它是碳(tan)(tan)鋼在緩慢加熱(re)(或緩慢冷(leng)卻)的(de)條件下,不同(tong)成分的(de)鐵碳(tan)(tan)合(he)金(jin)的(de)狀態(tai)(tai)或組(zu)織(zhi)隨溫度(du)變化的(de)圖(tu)形,是研(yan)究鐵碳(tan)(tan)合(he)金(jin)在平(ping)衡狀態(tai)(tai)下的(de)成分、金(jin)相組(zu)織(zhi)和性能的(de)基礎。鐵碳(tan)(tan)合(he)金(jin)相圖(tu)也(ye)是鋼鐵熱(re)處理的(de)基礎(見(jian)圖(tu)3-1)。
為了便于查(cha)閱應用(yong),現將(jiang)鐵碳合金相(xiang)圖(tu)中(zhong)各點、線及其(qi)各種相(xiang)的特性(xing)分別列于表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(tu)3-2中也可以(yi)看(kan)到以(yi)下幾點：
1. As，鐵的熔(rong)點是1539℃，隨著鉻的加入而降低，Fe-Cr合金的最低熔(rong)點及(ji)其相應的化學成分(fen)分(fen)別為1505℃及(ji)w(Cr)=22%。
2. 鉻使γ相區縮小到850～1400℃范(fan)圍(wei)內。
3. A3溫(wen)度(du)(α=y)，純鐵時為912℃，因鉻(ge)含量(liang)的(de)增加而(er)下降(jiang)，當w（Cr）提(ti)高到8％時，轉變溫(wen)度(du)降(jiang)到極小值850℃；鉻(ge)量(liang)再提(ti)高，A3溫(wen)度(du)開始迅速上升，w(Cr)=12%~13%時，約(yue)達到1000℃。賬
4. 溫度(du)，δ是高溫α相(xiang)，純鐵轉(zhuan)變(bian)(bian)溫度(du)為(wei)1394℃，隨著鉻(ge)含量的(8)增(zeng)加，轉(zhuan)變(bian)(bian)溫度(du)下(xia)移(yi)，w(Cr)達1212%~13%時，降至約(yue)1000℃；在1000℃左右，轉(zhuan)變(bian)(bian)溫度(du)線匯合而(er)形成封閉的γ相(xiang)區；當w(Cr)>12%~13%13％后，δ相(xiang)不再(zai)轉(zhuan)變(bian)(bian)成γ相(xiang)。
5. 在α與γ區(qu)間有一(yi)個α+y的雙相區(qu)。
6. 當(dang)溫度(du)低(di)于820℃時，高鉻的Fe-Cr合金可形成(cheng)金屬間化合物σ相。
三、合金元(yuan)素(su)對合金相圖的(de)影響
1. Cr對(dui)Fe-C相圖(tu)的影響
鉻是縮小γ相區(qu)的鐵素體形成元素，隨著鉻含量(liang)的增加，γ相區(qu)逐漸縮小。
圖(tu)3-3是w(Cr)=12%的Fe-CC平衡相圖(tu)，從(cong)中可以看出，鉻縮小(xiao)了γ相的區域；共析鋼(gang)的碳含量降低（自(zi)B到B＇）；碳的量大(da)溶解量減少（自(zi)E到E＇）；δ相的穩(wen)定(ding)溫度降低（自(zi)FG到F'G'＇），α相的穩(wen)定(ding)溫度升高(gao)（自(zi)AB到A＇B＇）。
圖3-4是(shi)w(Cr)=20%時的Fe-C平衡相(xiang)圖，從中可以(yi)看到，當w(達到20％時，單相(xiang)奧(ao)氏體已經不(bu)存在(zai)，只能(neng)與其他相(xiang)（α相(xiang)或碳化物(wu)）共同存在(zai)。
圖(tu)3-5是(shi)鉻含(han)量對Fe-C合金相(xiang)圖(tu)中(zhong)奧(ao)氏(shi)(shi)體區(qu)(qu)(qu)域(yu)(yu)的影響。隨(sui)著鉻含(han)量的增加(jia)，奧(ao)氏(shi)(shi)體區(qu)(qu)(qu)域(yu)(yu)逐漸縮小。當(dang)w(Cr)達到20％時，奧(ao)氏(shi)(shi)體區(qu)(qu)(qu)域(yu)(yu)已不復(fu)存在(zai)，相(xiang)當(dang)于一(yi)個點(dian)。
2. 合(he)金元素(su)對Fe-Cr合(he)金相圖的影響(xiang)
圖3-6是碳對Fe-Cr合金(jin)相(xiang)(xiang)圖中(zhong)γ相(xiang)(xiang)區的(de)影響(xiang)示意(yi)圖。在(zai)區域1中(zhong)，碳含量為零(ling)；隨著碳含量的(de)增加，γ相(xiang)(xiang)區域會(hui)向外擴散(san)，當w(C)=0.6%時(shi)，γ相(xiang)(xiang)區域達(da)到最大(da)范圍(wei)；當w(C)>0.6%時(shi)，因為形成的(de)碳化鉻無(wu)法溶解，就無(wu)法擴散(san)γ相(xiang)(xiang)區了(le)。
圖(tu)(tu)3-7、圖(tu)(tu)3-8是碳(tan)、氮元素對Fe-Cr合金(jin)相(xiang)圖(tu)(tu)中(zhong)(γ+α)/α相(xiang)界的(de)影響，碳(tan)、氮的(de)主要影響是使α+γ相(xiang)區(qu)向鉻含量更高的(de)方(fang)向移(yi)動。當(dang)(dang)w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時，Fe-Cr合金(jin)相(xiang)圖(tu)(tu)中(zhong)α+γ雙相(xiang)區(qu)的(de)位置從w(Cr)=13%移(yi)到了(Cr)=17%；而當(dang)(dang)w(C)=0.04%w(N)=0.03%時，Fe-Cr合金(jin)相(xiang)圖(tu)(tu)中(zhong)α+γ雙相(xiang)區(qu)則移(yi)到w(Cr)=21%;而當(dang)(dang)w(C)=0.19%w(N)=0.02%時，則可移(yi)至w(Cr)=26%處。另外，碳(tan)和(he)氮還使α+γ雙相(xiang)區(qu)最(zui)寬位置向高的(de)溫度方(fang)向移(yi)動。
圖(tu)3-9是(shi)鎳對Fe-Crr二元(yuan)相(xiang)圖(tu)的(de)影響，鎳的(de)作用與(yu)碳(tan)、氮(dan)相(xiang)似(si)，也可擴大α+γγ相(xiang)區(qu)的(de)范(fan)圍。從(cong)圖(tu)3-9中可以明(ming)顯(xian)看(kan)出(chu)，當碳(tan)、氮(dan)含(han)量一定(ding)時，隨著(zhu)鎳含(han)量的(de)增加，Fe-Cr相(xiang)圖(tu)中的(de)α+γ相(xiang)區(qu)的(de)范(fan)圍向(xiang)著(zhu)鉻(ge)含(han)量更(geng)高的(de)位置(zhi)和更(geng)高的(de)溫度方向(xiang)移動。
