铜和铬在Ni—Cr铸钢中的奥氏体形成作用

在纯铁和铁碳合金中，奥氏体只在高温时才是稳定的。通过加入一定的合金元素，就可使A3—转变（γ⇌α）移至更低的温度。能用来降低A3—转变温度的合金元素，首先是镍。由Fe—Ni相图（见图13-1）可得知镍对铁的影响，但图13-1示出的不是平衡相图。从图13-1可知，含有30%Ni的Fe Ni合金在从液态冷却至室温时，得到奥氏体组织。加入碳，可使γ→α和α→γ转变温度移向更低的温度，因而在含碳3．0%的铸铁中，只要含有20%Ni，就可得到完全的奥氏体组织。有的奥氏体铸铁直至-196℃还很稳定。要详尽的阐述，则必须涉及三元的Fe—C—Ni相图，甚至考虑四元的相图。可惜，至今关于这方面的知识是很有限的，以致不得不停留在Fe—Ni相图上。

图13-1　Fe—Ni相图

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图13-2　含镍量对Fe—C相图中C′D′线的影响

关于镍对Fe—C相图的影响，早已由K．Schichtel和E．Piwowarsky进行了研究，镍使Fe—C相图中的C′D′线 （初生石墨析出线）改变，即随着含镍量的增加，含碳量下降（图13-2）。

除了镍以外，已知锰也是稳定奥氏体的元素。在某种程度上，Fe—Mn相图与Fe—Ni相图类似。但锰与镍不同的是，锰还是稳定碳化物的元素，因此，它作为合金元素在应用上受到了限制，至今锰几乎不单独使用，而是锰与镍同时作为合金元素用于奥氏体铸铁。虽然铜本身并不是稳定奥氏体的元素，但在有镍这样的稳定奥氏体元素的情况下，它可作为促进奥氏体形成的元素。含铜的奥氏体灰铸铁经常被采用，但是含铜的奥氏体球墨铸铁，由于铜有干扰球化的作用而很少应用。据研究，加入少量的铝，有可能克服铜干扰球化的不良影响。

尽管铬是缩小γ区的元素，但在Ni—Cr铸钢中，铬是以促进奥氏体形成的元素著称，含有18%Cr和8%Ni可得到全奥氏体组织。但是，在奥氏体铸铁中铬并不能以在铸钢中同等的程度起到促进奥氏体的形成，这是因为铸铁中有很高含量的碳，碳与铬结合而生成碳化铬，因而使基体组织中的含铬量减少。因此，在奥氏体铸铁中要加入比奥氏体铸钢中更多的铬（稳定奥氏体的合金元素）。由于铬是强烈稳定碳化物的元素，因而限制了铬的最高加入量。