一(yi)、鐵碳合金(jin)相圖
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(wei)此首先要了解鐵碳(tan)(tan)合金相(xiang)圖,它(ta)是(shi)碳(tan)(tan)鋼(gang)在(zai)(zai)緩(huan)慢(man)加熱(或緩(huan)慢(man)冷卻)的(de)條件下(xia)(xia),不(bu)同成(cheng)分(fen)的(de)鐵碳(tan)(tan)合金的(de)狀(zhuang)態(tai)或組(zu)織隨(sui)溫度變(bian)化的(de)圖形,是(shi)研究(jiu)鐵碳(tan)(tan)合金在(zai)(zai)平衡(heng)狀(zhuang)態(tai)下(xia)(xia)的(de)成(cheng)分(fen)、金相(xiang)組(zu)織和性能的(de)基礎(chu)。鐵碳(tan)(tan)合金相(xiang)圖也是(shi)鋼(gang)鐵熱處理的(de)基礎(chu)(見圖3-1)。
為了便于查閱應用,現(xian)將鐵碳(tan)合金(jin)相圖中各點(dian)、線及(ji)其各種相的特性分別列于表3-1~表3-4。
二、Fe-Cr合金相圖(tu)
Cr是決定不銹鋼耐蝕性的主要元素,研究不銹(xiu)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(zhong)也可以看到以下幾點(dian)：
1. As，鐵(tie)的(de)熔(rong)點是1539℃，隨著(zhu)鉻的(de)加入(ru)而降低，Fe-Cr合金的(de)最低熔(rong)點及(ji)其相應的(de)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℃范圍(wei)內。
3. A3溫(wen)度(du)(α=y)，純鐵時(shi)為912℃，因鉻(ge)含量的(de)增加而下降，當w（Cr）提高到(dao)8％時(shi)，轉變(bian)溫(wen)度(du)降到(dao)極小值850℃；鉻(ge)量再提高，A3溫(wen)度(du)開始迅(xun)速上升，w(Cr)=12%~13%時(shi)，約達(da)到(dao)1000℃。賬
4. 溫(wen)(wen)度(du)，δ是(shi)高溫(wen)(wen)α相，純鐵轉(zhuan)(zhuan)變(bian)溫(wen)(wen)度(du)為1394℃，隨著鉻含量的(de)(8)增(zeng)加，轉(zhuan)(zhuan)變(bian)溫(wen)(wen)度(du)下移，w(Cr)達1212%~13%時，降至約1000℃；在(zai)1000℃左右，轉(zhuan)(zhuan)變(bian)溫(wen)(wen)度(du)線匯合而(er)形成封(feng)閉的(de)γ相區；當w(Cr)>12%~13%13％后，δ相不再轉(zhuan)(zhuan)變(bian)成γ相。
5. 在α與γ區(qu)間有一個α+y的雙相區(qu)。
6. 當溫度(du)低(di)于(yu)820℃時，高鉻的(de)Fe-Cr合(he)金(jin)可形成金(jin)屬間(jian)化合(he)物σ相。
三、合(he)金元素對合(he)金相圖(tu)的影響
1. Cr對(dui)Fe-C相圖(tu)的(de)影響
鉻(ge)是縮(suo)小γ相區的鐵素體(ti)形(xing)成(cheng)元素，隨著鉻(ge)含量的增加，γ相區逐漸縮(suo)小。
圖(tu)3-3是w(Cr)=12%的(de)Fe-CC平衡(heng)相(xiang)(xiang)圖(tu)，從(cong)中可(ke)以(yi)看出，鉻縮小了(le)γ相(xiang)(xiang)的(de)區域；共析鋼(gang)的(de)碳(tan)(tan)含量(liang)降低（自B到B＇）；碳(tan)(tan)的(de)量(liang)大溶解量(liang)減少（自E到E＇）；δ相(xiang)(xiang)的(de)穩定溫度降低（自FG到F'G'＇），α相(xiang)(xiang)的(de)穩定溫度升高（自AB到A＇B＇）。
圖(tu)3-4是w(Cr)=20%時(shi)的Fe-C平衡相(xiang)圖(tu)，從(cong)中可(ke)以看到，當w(達(da)到20％時(shi)，單相(xiang)奧(ao)氏體已經不(bu)存(cun)在，只能與其他相(xiang)（α相(xiang)或碳(tan)化物）共同存(cun)在。
圖3-5是鉻含(han)量(liang)對Fe-C合金相(xiang)圖中奧(ao)氏體區域(yu)(yu)的影響。隨(sui)著鉻含(han)量(liang)的增加，奧(ao)氏體區域(yu)(yu)逐漸(jian)縮(suo)小。當w(Cr)達(da)到20％時，奧(ao)氏體區域(yu)(yu)已(yi)不復存(cun)在，相(xiang)當于一個點。
2. 合金元素對Fe-Cr合金相圖(tu)的(de)影響(xiang)
圖(tu)(tu)3-6是碳(tan)對(dui)Fe-Cr合(he)金(jin)相圖(tu)(tu)中(zhong)γ相區(qu)(qu)的(de)影響示意圖(tu)(tu)。在區(qu)(qu)域1中(zhong)，碳(tan)含量(liang)為(wei)零；隨(sui)著碳(tan)含量(liang)的(de)增(zeng)加，γ相區(qu)(qu)域會(hui)向外擴散，當w(C)=0.6%時，γ相區(qu)(qu)域達到(dao)最大(da)范(fan)圍；當w(C)>0.6%時，因為(wei)形(xing)成(cheng)的(de)碳(tan)化鉻無法溶解，就無法擴散γ相區(qu)(qu)了。
圖(tu)(tu)3-7、圖(tu)(tu)3-8是碳(tan)、氮(dan)元素對(dui)Fe-Cr合金相(xiang)圖(tu)(tu)中(zhong)(γ+α)/α相(xiang)界的(de)影響，碳(tan)、氮(dan)的(de)主要(yao)影響是使(shi)(shi)α+γ相(xiang)區(qu)向(xiang)鉻含量更高的(de)方(fang)向(xiang)移(yi)動(dong)。當(dang)w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時(shi)，Fe-Cr合金相(xiang)圖(tu)(tu)中(zhong)α+γ雙(shuang)相(xiang)區(qu)的(de)位置從w(Cr)=13%移(yi)到(dao)了(Cr)=17%；而當(dang)w(C)=0.04%w(N)=0.03%時(shi)，Fe-Cr合金相(xiang)圖(tu)(tu)中(zhong)α+γ雙(shuang)相(xiang)區(qu)則移(yi)到(dao)w(Cr)=21%;而當(dang)w(C)=0.19%w(N)=0.02%時(shi)，則可移(yi)至w(Cr)=26%處。另(ling)外(wai)，碳(tan)和氮(dan)還使(shi)(shi)α+γ雙(shuang)相(xiang)區(qu)最寬位置向(xiang)高的(de)溫(wen)度方(fang)向(xiang)移(yi)動(dong)。
圖3-9是鎳(nie)對(dui)Fe-Crr二元相(xiang)圖的影響，鎳(nie)的作(zuo)用與碳、氮相(xiang)似(si)，也可擴大α+γγ相(xiang)區(qu)的范圍。從圖3-9中可以明顯(xian)看出，當碳、氮含(han)(han)量(liang)(liang)一定時，隨著鎳(nie)含(han)(han)量(liang)(liang)的增加，Fe-Cr相(xiang)圖中的α+γ相(xiang)區(qu)的范圍向(xiang)著鉻含(han)(han)量(liang)(liang)更高的位置和更高的溫度方向(xiang)移動。
