一、鐵碳合金相圖

  在不銹鋼熱處理工藝中,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(tài)時(shí)的組織,其晶粒大小、成分及均勻程度,對(duì)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(shí)組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律,是對(duì)鋼進(jìn)行正確熱處理的先決條件。

 為此首先要了解鐵碳合金相圖,它是碳鋼在緩慢加熱(或緩慢冷卻)的條件下,不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形,是研究鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的成分、金相組織和性能的基礎(chǔ)。鐵碳合金相圖也是鋼鐵熱處理的基礎(chǔ)(見圖3-1)。

  為了便于查閱應(yīng)用,現(xiàn)將鐵碳合金相圖中各點(diǎn)、線及其各種相的特性分別列于表3-1~表3-4。

二、Fe-Cr合金相圖

  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(dāng)Cr含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))超過12.5%時(shí),即可使純鐵成為單一的鐵素體。

 從圖3-2中也可以看到以下幾點(diǎn)：

   1. As，鐵的熔點(diǎn)是1539℃，隨著鉻的加入而降低，F(xiàn)e-Cr合金的最低熔點(diǎn)及其相應(yīng)的化學(xué)成分分別為1505℃及w(Cr)=22%。

   2. 鉻使γ相區(qū)縮小到850～1400℃范圍內(nèi)。

   3. A3溫度(α=y)，純鐵時(shí)為912℃，因鉻含量的增加而下降，當(dāng)w（Cr）提高到8％時(shí)，轉(zhuǎn)變溫度降到極小值850℃；鉻量再提高，A3溫度開始迅速上升，w(Cr)=12%~13%時(shí)，約達(dá)到1000℃。賬

   4. 溫度，δ是高溫α相，純鐵轉(zhuǎn)變溫度為1394℃，隨著鉻含量的(8)增加，轉(zhuǎn)變溫度下移，w(Cr)達(dá)1212%~13%時(shí)，降至約1000℃；在1000℃左右，轉(zhuǎn)變溫度線匯合而形成封閉的γ相區(qū)；當(dāng)w(Cr)>12%~13%13％后，δ相不再轉(zhuǎn)變成γ相。

   5. 在α與γ區(qū)間有一個(gè)α+y的雙相區(qū)。

   6. 當(dāng)溫度低于820℃時(shí)，高鉻的Fe-Cr合金可形成金屬間化合物σ相。

三、合金元素對(duì)合金相圖的影響

 1. Cr對(duì)Fe-C相圖的影響

   鉻是縮小γ相區(qū)的鐵素體形成元素，隨著鉻含量的增加，γ相區(qū)逐漸縮小。

  圖3-3是w(Cr)=12%的Fe-CC平衡相圖，從中可以看出，鉻縮小了γ相的區(qū)域；共析鋼的碳含量降低（自B到B＇）；碳的量大溶解量減少（自E到E＇）；δ相的穩(wěn)定溫度降低（自FG到F'G'＇），α相的穩(wěn)定溫度升高（自AB到A＇B＇）。

  圖3-4是w(Cr)=20%時(shí)的Fe-C平衡相圖，從中可以看到，當(dāng)w(達(dá)到20％時(shí)，單相奧氏體已經(jīng)不存在，只能與其他相（α相或碳化物）共同存在。

  圖3-5是鉻含量對(duì)Fe-C合金相圖中奧氏體區(qū)域的影響。隨著鉻含量的增加，奧氏體區(qū)域逐漸縮小。當(dāng)w(Cr)達(dá)到20％時(shí)，奧氏體區(qū)域已不復(fù)存在，相當(dāng)于一個(gè)點(diǎn)。

 2. 合金元素對(duì)Fe-Cr合金相圖的影響

   圖3-6是碳對(duì)Fe-Cr合金相圖中γ相區(qū)的影響示意圖。在區(qū)域1中，碳含量為零；隨著碳含量的增加，γ相區(qū)域會(huì)向外擴(kuò)散，當(dāng)w(C)=0.6%時(shí)，γ相區(qū)域達(dá)到最大范圍；當(dāng)w(C)>0.6%時(shí)，因?yàn)樾纬傻奶蓟t無(wú)法溶解，就無(wú)法擴(kuò)散γ相區(qū)了。

   圖3-7、圖3-8是碳、氮元素對(duì)Fe-Cr合金相圖中(γ+α)/α相界的影響，碳、氮的主要影響是使α+γ相區(qū)向鉻含量更高的方向移動(dòng)。當(dāng)w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時(shí)，F(xiàn)e-Cr合金相圖中α+γ雙相區(qū)的位置從w(Cr)=13%移到了(Cr)=17%；而當(dāng)w(C)=0.04%w(N)=0.03%時(shí)，F(xiàn)e-Cr合金相圖中α+γ雙相區(qū)則移到w(Cr)=21%;而當(dāng)w(C)=0.19%w(N)=0.02%時(shí)，則可移至w(Cr)=26%處。另外，碳和氮還使α+γ雙相區(qū)最寬位置向高的溫度方向移動(dòng)。

   圖3-9是鎳對(duì)Fe-Crr二元相圖的影響，鎳的作用與碳、氮相似，也可擴(kuò)大α+γγ相區(qū)的范圍。從圖3-9中可以明顯看出，當(dāng)碳、氮含量一定時(shí)，隨著鎳含量的增加，F(xiàn)e-Cr相圖中的α+γ相區(qū)的范圍向著鉻含量更高的位置和更高的溫度方向移動(dòng)。