一、铁碳合金相图
在不锈钢热处理工艺中,钢的加热是为了获得奥氏体,而奥氏体是碳素钢在高温状态时的组织,其晶粒大小、成分及均匀程度,对钢冷却后的组织和性能有着重要的影响。因此了解钢在加热时组织结构的变化规律,是对钢进行正确热处理的先决条件。
为此首先要了解铁碳合金相图,它是碳钢在缓慢加热(或缓慢冷却)的条件下,不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形,是研究铁碳合金在平衡状态下的成分、金相组织和性能的基础。铁碳合金相图也是钢铁热处理的基础(见图3-1)。
为了便于查阅应用,现将铁碳合金相图中各点、线及其各种相的特性分别列于表3-1~表3-4。
二、Fe-Cr合金相图
Cr是决定不锈钢耐蚀性的主要元素,研究不锈钢及其热处理,就必须研究Fe-Cr合金相图(见图3-2)。从图中可以看到,当Cr含量(质量分数)超过12.5%时,即可使纯铁成为单一的铁素体。
从图3-2中也可以看到以下几点：
1. As，铁的熔点是1539℃，随着铬的加入而降低，Fe-Cr合金的最低熔点及其相应的化学成分分别为1505℃及w(Cr)=22%。
2. 铬使γ相区缩小到850～1400℃范围内。
3. A3温度(α=y)，纯铁时为912℃，因铬含量的增加而下降，当w（Cr）提高到8％时，转变温度降到极小值850℃；铬量再提高，A3温度开始迅速上升，w(Cr)=12%~13%时，约达到1000℃。账
4. 温度，δ是高温α相，纯铁转变温度为1394℃，随着铬含量的(8)增加，转变温度下移，w(Cr)达1212%~13%时，降至约1000℃；在1000℃左右，转变温度线汇合而形成封闭的γ相区；当w(Cr)>12%~13%13％后，δ相不再转变成γ相。
5. 在α与γ区间有一个α+y的双相区。
6. 当温度低于820℃时，高铬的Fe-Cr合金可形成金属间化合物σ相。
三、合金元素对合金相图的影响
1. Cr对Fe-C相图的影响
铬是缩小γ相区的铁素体形成元素，随着铬含量的增加，γ相区逐渐缩小。
图3-3是w(Cr)=12%的Fe-CC平衡相图，从中可以看出，铬缩小了γ相的区域；共析钢的碳含量降低（自B到B＇）；碳的量大溶解量减少（自E到E＇）；δ相的稳定温度降低（自FG到F'G'＇），α相的稳定温度升高（自AB到A＇B＇）。
图3-4是w(Cr)=20%时的Fe-C平衡相图，从中可以看到，当w(达到20％时，单相奥氏体已经不存在，只能与其他相（α相或碳化物）共同存在。
图3-5是铬含量对Fe-C合金相图中奥氏体区域的影响。随着铬含量的增加，奥氏体区域逐渐缩小。当w(Cr)达到20％时，奥氏体区域已不复存在，相当于一个点。
2. 合金元素对Fe-Cr合金相图的影响
图3-6是碳对Fe-Cr合金相图中γ相区的影响示意图。在区域1中，碳含量为零；随着碳含量的增加，γ相区域会向外扩散，当w(C)=0.6%时，γ相区域达到最大范围；当w(C)>0.6%时，因为形成的碳化铬无法溶解，就无法扩散γ相区了。
图3-7、图3-8是碳、氮元素对Fe-Cr合金相图中(γ+α)/α相界的影响，碳、氮的主要影响是使α+γ相区向铬含量更高的方向移动。当w(C)=0.013%，w(N)=0.015%时，Fe-Cr合金相图中α+γ双相区的位置从w(Cr)=13%移到了(Cr)=17%；而当w(C)=0.04%w(N)=0.03%时，Fe-Cr合金相图中α+γ双相区则移到w(Cr)=21%;而当w(C)=0.19%w(N)=0.02%时，则可移至w(Cr)=26%处。另外，碳和氮还使α+γ双相区最宽位置向高的温度方向移动。
图3-9是镍对Fe-Crr二元相图的影响，镍的作用与碳、氮相似，也可扩大α+γγ相区的范围。从图3-9中可以明显看出，当碳、氮含量一定时，随着镍含量的增加，Fe-Cr相图中的α+γ相区的范围向着铬含量更高的位置和更高的温度方向移动。
