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合金元素對碳化物轉變的影響
非碳化物形成元素(Cu、Ni、Co、Al、Si等)與碳不形成特殊類型的碳化物,它們只是提高ε-FexC向θ-Fe3C的轉變,而且還會發生滲碳體到其他類型特殊碳化物的轉變。
合金鋼回火時,隨著回火溫度升高或回火時間延長,將發生合金元素在滲碳體和α相之間的重新分配。碳化物形成元素不斷向滲碳體中擴散,而非碳化物形成元素逐漸向α相中富集,從而發生由更穩定碳化物逐漸代替原先不穩定的碳化物,使碳化物的成分和結構都發生變化。合金鋼回火時碳化物轉變的可能順序為:
ε-碳化物(<150℃)→滲碳體(150-400℃)→滲碳體(合金化,400-550℃)→特殊碳化物(亞穩)→特殊碳化物(穩定>500℃)
鋼中能否形成特殊碳化物,取決于所含合金元素的性質和含量、碳或氮的含量以及回火溫度和時間等條件。合金鋼在回火過程中,通常都是滲碳體通過亞穩碳化物再轉變為穩定特殊碳化物。例如,高Cr高碳鋼淬火后,在回火過程中的碳化物轉變過程為:
(Fe,Cr)3C→((Fe,Cr)3C)+(Cr,Fe)7C3→(Cr,Fe)7C3+(Cr,Fe)23C6→(Cr,Fe)23C6
特殊碳化物也是按這兩種機制形成的。
一種為原位轉變,即碳化物形成元素首先在滲碳體中富集,當其濃度超過合金滲碳體的溶解度極限時,滲碳體的點陣就改組特殊碳化物點陣。低鉻鋼中的(Fe,Cr)3C轉變為(Cr,Fe)7C3就屬于這種類型。提高回火溫度會加速碳化物轉變過程。
另一種為單獨形核長大,即直接從α相中析出特殊碳化物,并同時伴有合金滲碳體的溶解。含有碳化物形成元素V、Ti、Nb、Ta等的鋼以及高Cr鋼均屬于這種類型。
例如,1250℃淬火的0.3%C、2.1%V鋼,低于500℃回火時析出合金滲碳體,其中V含量很低。由于固溶V強烈阻止α相繼續分解,此時只有40%左右的碳以滲碳體形式析出,其余60%仍保留在α相中。當回火溫度高于500℃時,從α相中直接析出VC。隨回火溫度進一步升高,VC大量析出,滲碳體大量溶解。回火溫度達700℃時,滲碳體全部溶解,碳化物全部轉化為VC。