一、鐵碳(tan)合金相圖
在不銹鋼熱處理(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(ci)首先要了解鐵(tie)(tie)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)相(xiang)圖,它是(shi)碳(tan)鋼(gang)在緩(huan)慢(man)加熱(或緩(huan)慢(man)冷(leng)卻)的(de)條件下,不(bu)同成分的(de)鐵(tie)(tie)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)的(de)狀(zhuang)態或組織隨(sui)溫(wen)度變化(hua)的(de)圖形,是(shi)研究鐵(tie)(tie)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)在平衡狀(zhuang)態下的(de)成分、金(jin)相(xiang)組織和(he)性能的(de)基礎。鐵(tie)(tie)(tie)碳(tan)合(he)金(jin)相(xiang)圖也是(shi)鋼(gang)鐵(tie)(tie)(tie)熱處理的(de)基礎(見圖3-1)。
為了便(bian)于查閱應用(yong),現將鐵碳合(he)金相(xiang)圖中各點、線(xian)及其各種相(xiang)的特性(xing)分別列(lie)于表(biao)3-1~表(biao)3-4。
二、Fe-Cr合(he)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。
從圖(tu)3-2中(zhong)也可以(yi)看到(dao)以(yi)下幾點：
1. As，鐵的熔(rong)點是(shi)1539℃，隨著(zhu)鉻的加入而(er)降低(di)(di)，Fe-Cr合金(jin)的最低(di)(di)熔(rong)點及(ji)其(qi)相(xiang)應的化學成分(fen)分(fen)別(bie)為1505℃及(ji)w(Cr)=22%。
2. 鉻(ge)使γ相區(qu)縮小到(dao)850～1400℃范(fan)圍內。
3. A3溫度(α=y)，純鐵時(shi)為912℃，因(yin)鉻(ge)含量(liang)的(de)增加而下降(jiang)，當w（Cr）提高到8％時(shi)，轉(zhuan)變溫度降(jiang)到極小(xiao)值(zhi)850℃；鉻(ge)量(liang)再提高，A3溫度開始(shi)迅速上升，w(Cr)=12%~13%時(shi)，約(yue)達到1000℃。賬(zhang)
4. 溫(wen)(wen)度，δ是(shi)高溫(wen)(wen)α相(xiang)，純鐵轉變(bian)(bian)溫(wen)(wen)度為1394℃，隨著(zhu)鉻含(han)量的(8)增(zeng)加，轉變(bian)(bian)溫(wen)(wen)度下移，w(Cr)達1212%~13%時，降至約1000℃；在1000℃左右，轉變(bian)(bian)溫(wen)(wen)度線匯(hui)合而形成封閉的γ相(xiang)區；當(dang)w(Cr)>12%~13%13％后，δ相(xiang)不再轉變(bian)(bian)成γ相(xiang)。
5. 在(zai)α與γ區間(jian)有(you)一個α+y的雙相(xiang)區。
6. 當溫度低于(yu)820℃時，高鉻的Fe-Cr合(he)金可形成金屬間(jian)化合(he)物σ相。
三、合(he)金元素對合(he)金相(xiang)圖的影響
1. Cr對Fe-C相圖的影響(xiang)
鉻(ge)是縮(suo)小(xiao)γ相區的(de)鐵素體形成元素，隨著(zhu)鉻(ge)含(han)量的(de)增加，γ相區逐漸縮(suo)小(xiao)。
圖(tu)(tu)3-3是w(Cr)=12%的(de)Fe-CC平衡(heng)相(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)，從(cong)中可以看出(chu)，鉻縮小了γ相(xiang)(xiang)的(de)區域(yu)；共析鋼的(de)碳含量(liang)降低(di)（自B到(dao)B＇）；碳的(de)量(liang)大溶解量(liang)減少（自E到(dao)E＇）；δ相(xiang)(xiang)的(de)穩定溫度(du)降低(di)（自FG到(dao)F'G'＇），α相(xiang)(xiang)的(de)穩定溫度(du)升高（自AB到(dao)A＇B＇）。
圖(tu)3-4是w(Cr)=20%時(shi)的Fe-C平(ping)衡(heng)相(xiang)圖(tu)，從(cong)中(zhong)可以(yi)看到(dao)，當w(達到(dao)20％時(shi)，單相(xiang)奧氏體(ti)已經(jing)不(bu)存在，只能與其他相(xiang)（α相(xiang)或碳(tan)化物）共(gong)同(tong)存在。
圖3-5是鉻含量對Fe-C合(he)金(jin)相(xiang)圖中奧氏(shi)體區(qu)(qu)域(yu)的影響。隨著鉻含量的增(zeng)加(jia)，奧氏(shi)體區(qu)(qu)域(yu)逐漸縮小。當w(Cr)達到20％時，奧氏(shi)體區(qu)(qu)域(yu)已不復存在，相(xiang)當于一個(ge)點(dian)。
2. 合(he)金元素對Fe-Cr合(he)金相圖(tu)的影響(xiang)
圖(tu)(tu)3-6是碳(tan)對(dui)Fe-Cr合(he)金相(xiang)圖(tu)(tu)中γ相(xiang)區的影響示意圖(tu)(tu)。在區域(yu)1中，碳(tan)含量為零；隨著碳(tan)含量的增(zeng)加，γ相(xiang)區域(yu)會向外擴散，當w(C)=0.6%時，γ相(xiang)區域(yu)達到(dao)最大范圍；當w(C)>0.6%時，因為形成的碳(tan)化鉻(ge)無(wu)法溶解(jie)，就無(wu)法擴散γ相(xiang)區了。
圖(tu)(tu)3-7、圖(tu)(tu)3-8是碳(tan)、氮元素(su)對Fe-Cr合金(jin)(jin)相(xiang)圖(tu)(tu)中(γ+α)/α相(xiang)界的影(ying)響，碳(tan)、氮的主要影(ying)響是使α+γ相(xiang)區向(xiang)鉻含(han)量(liang)更高的方(fang)向(xiang)移(yi)(yi)動。當(dang)w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時(shi)，Fe-Cr合金(jin)(jin)相(xiang)圖(tu)(tu)中α+γ雙相(xiang)區的位(wei)置從w(Cr)=13%移(yi)(yi)到了(Cr)=17%；而當(dang)w(C)=0.04%w(N)=0.03%時(shi)，Fe-Cr合金(jin)(jin)相(xiang)圖(tu)(tu)中α+γ雙相(xiang)區則(ze)移(yi)(yi)到w(Cr)=21%;而當(dang)w(C)=0.19%w(N)=0.02%時(shi)，則(ze)可(ke)移(yi)(yi)至w(Cr)=26%處。另外，碳(tan)和氮還使α+γ雙相(xiang)區最寬位(wei)置向(xiang)高的溫度方(fang)向(xiang)移(yi)(yi)動。
圖3-9是鎳對Fe-Crr二元相圖的(de)(de)(de)(de)(de)影響，鎳的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用與(yu)碳、氮(dan)相似，也可(ke)擴大α+γγ相區的(de)(de)(de)(de)(de)范(fan)圍。從圖3-9中可(ke)以(yi)明(ming)顯看出，當碳、氮(dan)含量(liang)一(yi)定時，隨著鎳含量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)，Fe-Cr相圖中的(de)(de)(de)(de)(de)α+γ相區的(de)(de)(de)(de)(de)范(fan)圍向著鉻含量(liang)更高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)位置和更高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)溫度方向移動。
