合金元素对-相图的影响

二、合金元素对Fe-Fe₃C相图的影响

合金元素是通过与铁的相互作用而影响Fe-Fe₃C相图的。通过考查铁与一些合金元素所构成的二元相图，可将合金元素分为两大类:Ni、Mn、Co、C、N等元素与Fe作用能扩大A相区，将它们称为奥氏体形成元素;而Cr、V、Mo、W、Ti、Al、Si、B、Nb、Ta、Zr等元素与Fe作用则缩小或封闭A相区，这些元素被称为铁素体形成元素。因此，合金元素对Fe-Fe₃C相图的影响也大致分为两种情况。

凡能扩大A相区的元素均会使Fe-Fe₃C相图中的GS线向左下方移动，使A₃线及A₁线下降，E点和S点向左、向下移动，如图7-3所示。

凡能缩小γ相区的元素则使GS线向左上方移动，使A₃及A₁温度升高(合金元素Cr略有不同，当其含量小于7%时使A₃点下降，而其含量大于7%时则使A₃点上升)，E点和S点向左、向上移动。如图7-4所示。钢中合金元素含量愈多，上述影响愈显著。

图7-3　Mn对Fe-Fe₃C相图的影响

图7-4　Cr对Fe-Fe₃C相图的影响

由上述分析可总结如下三点。

(1)若钢中含有大量能够扩大奥氏体相区的元素(Mn、Ni等)时，将使Fe-Fe₃C相图中奥氏体相区一直扩展到室温以下，使钢在室温下也能获得稳定的单相奥氏体组织，这类钢被称为奥氏体钢。如含13%Mn的Mn13耐磨钢，含9%Ni的1Cr18Ni9不锈钢等均属奥氏体类型的钢。

(2)当钢中含有大量能够缩小奥氏体相区的元素(Cr等)时，将会使Fe-Fe₃C相图中奥氏体相区缩小甚至完全消失，这时就有可能使钢在室温下得到单相铁素体组织，这种钢被称为铁素体钢，如Cr17铬不锈钢等。

(3)钢中的大多数合金元素均使Fe-Fe₃C相图中的S、E点左移，合金元素含量愈多，影响愈明显。S点左移，意味着降低了钢共析点的碳含量，这样合金钢中共析点的成分、珠光体的碳含量就不再是0．77%，即碳含量相同的碳钢与合金钢中将会出现不同的显微组织。例如，w_C=0．4%的碳钢具有亚共析组织，但其加入14%的铬后，因S点左移，该合金钢实际已具有过共析组织而属过共析钢。同理，E点左移，将使w_C＜2．11%的合金钢中出现莱氏体组织。例如，W18Cr4V高速钢，其碳含量仅为0．7%～0．8%，由于大量合金元素的加入，冷却时将发生共晶转变使其铸态组织中出现莱氏体，这种钢称为莱氏体钢。

由此可见，根据合金钢成分分析和判断其组织类型、确定其热加工及热处理时的相变临界温度等，Fe-Fe₃C相图仅能起到有限参考作用而不能简单照搬。