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三、铁-铬-镍系 把Ni加入Fe-Cr系也使奥氏体相区扩大并使奥氏体在室温时仍为稳定相。这种三元系是奥氏体不锈钢和双相不锈钢的基础。可以画出Fe-Cr-Ni系的液相面和固相面的投影图（图4）并可用来描述这个系中合金的凝固行为。以观察凝固开始的液相面和凝固结束的固相面来对此进行分析。
图4 Fe-Cr-Ni三元系中的液相面和固相面的投影图 ａ） 液相面 ｂ） 固相面 （引自《金属手册》，由ASM国际授权） 液相面在图4a上显示了一条从相图三角形靠近富Fe角的点出发到Cr-Ni边的粗黑曲线。这条曲线把凝固成铁素体初始析出相的成分和凝固成奥氏体初始析出相的成分区分开来。在接近48Cr-44Ni-8Fe的成分点形成了一个三元共晶点。 固相面在图4b上显示了两条从靠近富铁角的点出发到Cr-Ni边的粗黑曲线，在两条线之间略高于固相面的温度奥氏体和铁素体与液相共存，而在略低于固相面的温度只是奥氏体和铁素体共存。两条粗黑线之间的这个区域把低于固相 面的铁素体和奥氏体的单相区隔开。请注意这两条曲线终止于三元共晶点。线上的箭头表示温度下降的方向。 在三元相图中自液相面到室温取一个Fe含量固定的截面就可以得到一个Fe-Cr-Ni系的伪二元相图。以等温三元截面为基础建立了w（Fe）＝70％和w（Fe）＝60％的两张伪二元相图，并画在图5中。因为这是一个三元系，每一个相区 都是三维的，从而得到了在标准二元相图中不会出现的三相共存区。
图5 Fe-Cr-Ni三元系中的伪二元相图 ａ）w（Fe） ＝70％ ｂ） w（Fe） ＝６０％ （引自Lippold和Savage，美国焊接学会授权）
请注意图５中固相线和液相线之间的小三角区，这就是奥氏体＋铁素体＋液相的三相区，这个区把凝固成奥氏体的合金（左侧） 和凝固成铁素体的合金（右侧）隔开。铬的质量分数大于20％的合金在高温固相区其铁素体是稳定的，当温度下降时，在Cr的质量分数为20％ ～25％的合金中部分铁素体要转变为奥氏体。凝固成奥氏体的合金（小三角三相区左面的合金） 在冷却时奥氏体保持不变直至室温。而成分紧靠小三角三相区右侧边界，凝固成铁素体的合金，冷却时必然要经过奥氏体铁素体两相区，结果有部分铁素体转变为奥氏体。而随着成分离小三角右边界越远（高Cr／Ni比值），铁素体就变得越稳定，直到最后在每张相图的右侧，就只存在全铁素体的组织。这些相图可用来解释奥氏体不锈钢和双相不锈钢的相变和微观组织演变。 四、特殊合金系的相图 目前有很多软件包可以基于热力学数据来建立特殊合金系的相图。这些软件包考虑了多种元素的相互作用，从而建立从熔点到室温范围的相平衡图。ThermoCalc是用得最广泛的软件包之一。像ThermoCalc这样的软件程序对于预测不锈钢焊缝及热影响区组织的演变是很有用的，但是必须认识到由其产生的相图是表示平衡状态，而在焊接过程中，由于快速加热和冷却，平衡经常是达不到的。 图6示出了一个用ThermoCalc开发的相图的例子。它代表了基本合金成分 （质量分数） 为12Cr=0.5MO-0.5Si-0.1C的典型410型马氏体不锈钢的相图。这 个图的成分轴上Ni的质量分数由0％变化到5％。在确定Ni含量如何影响各个相区，特别是对确定Ni加入量如何影响这种合金的焊缝及热影响区中铁素体含量方面这种相图是很有用的。例如在图6中比较w（Ni）＝0.3％的合金A和w（Ni）＝2.0％的合金Ｂ，可以发现对于合金Ｂ在1400℃附近不存在铁素体单相区，而随Ni含量增加α＋γ双相区的温度范围变得越来越窄。这些数据也可以用来建立图7所示的以摩尔分数表示的相组分随温度的变化图。用这样的方法可以方便地评价母材和填充金属成分对相稳定性的作用，并可预测焊接和热处理过程中微观组织的演变。
图6 w（Cr）＝12％的马氏体不锈钢的ThermoCalc相图 图中显示添加Ni的影响（由俄亥俄州立大学Antonio Ramirez授权，2002）
图7 图6中w（Cr）＝12％的钢中，w（Ni）＝0.3％时，其相组分（摩尔分数）随温度的变化（由俄亥俄州立大学Antonio Ramirez授权）
图8给出了另外一个例子，这是以氮作为成分变量由计算得到的双相不锈钢2205的相图。一个典型的氮的质量分数是0.15％，图上以一根垂直虚线表示。由图可知即使在高温，合金 2/3 首页上一页123下一页尾页 |
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