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(guī)律,是對鋼進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。鐵碳合金相圖也是鋼鐵熱處理的基礎(見圖3-1)。

  為了便于查閱應用,現將鐵碳合金相圖中各點、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3-2中也可以看到以下幾點：

   1. As，鐵的熔點是1539℃，隨著鉻的加入而降低，Fe-Cr合金的最低熔點及其相應的化學成分分別為1505℃及w(Cr)=22%。

   2. 鉻使γ相區(qū)縮小到850～1400℃范圍內。

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

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

   5. 在α與γ區(qū)間有一個α+y的雙相區(qū)。

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

三、合金元素對合金相圖的影響

 1. Cr對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%時的Fe-C平衡相圖，從中可以看到，當w(達到20％時，單相奧氏體已經不存在，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w(Cr)達到20％時，奧氏體區(qū)域已不復存在，相當于一個點。

 2. 合金元素對Fe-Cr合金相圖的影響

   圖3-6是碳對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)域會向外擴散，當w(C)=0.6%時，γ相區(qū)域達到最大范圍；當w(C)>0.6%時，因為形成的碳化鉻無法溶解，就無法擴散γ相區(qū)了。

   圖3-7、圖3-8是碳、氮元素對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。當w(C)=0.013%，w(N)=0.015%時，Fe-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w(C)=0.04%w(N)=0.03%時，Fe-Cr合金相圖中α+γ雙相區(qū)則移到w(Cr)=21%;而當w(C)=0.19%w(N)=0.02%時，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。

   圖3-9是鎳對Fe-Crr二元相圖的影響，鎳的作用與碳、氮相似，也可擴大α+γγ相區(qū)的范圍。從圖3-9中可以明顯看出，當碳、氮含量一定時，隨著鎳含量的增加，Fe-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。