物理冶金与力学冶金的区别和联系

从20世纪40年代早期以来，对铁素体不锈钢的物理冶金进行了大量研究。对于这个题目的透彻了解，读者可以参阅Thielsch^[1]在1951年和后来Demo^[2]、Lacombe^[3]所做的十分全面的综述。本节的目的是为了让读者能理解这种钢的焊接冶金而讲述所需要的物理冶金基础，包括对相平衡图、微观组织、强化机理和脆化现象的综述。

Fe-Cr-C三元系^[4]可用来描述铁素体不锈钢中发生的相变。铬含量为17wt%的伪二元相图对于描述这种钢的物理冶金是很有用的，这张相图曾示于图2-3，本章再次引用并在图上画出了碳的名义质量分数为0.05wt%的垂直线（图5-1）。这个组合成分[w（C）=0.05%，w（Cr）=17%]接近于中铬型钢430的成分。

请注意该成分的钢凝固时生成的初始相是铁素体，由相图预测：在凝固终了时，固态组织将全部是铁素体并在冷却时保持到大约略低于1100℃（2010℉）的温度。在这个温度会发生一些向奥氏体的转变，而在稍低的温度会形成一些Cr₂₃C₆型碳化物。在平衡冷却条件下奥氏体将转变为铁素体和碳化物，而最终的组织将是铁素体和Cr₂₃C₆型碳化物的混合组织。

图5-1 Fe-Cr-C三元合合系中w（Cr）=17%Cr的伪二元相图

（引自Castro和Tricot^[4]）

在图5-2～图5-4示出了典型的轧制铁素体不锈钢母材金属的微观组织。图5-2代表了广泛用于汽车排气管的退火409型不锈钢的组织。这种微观组织全部是铁素体，含有分散析出的钛的氮化物和（或）碳化物颗粒。图5-3示出了热轧430型钢板的微观组织，这种钢从大约850℃（1560℉）的热轧温度缓慢冷却，得到含有沿着钢板轧制方向形成的铁素体和碳化物组织。图5-4示出了经1100℃淬火后的430型不锈钢的典型组织。这个组织含有沿铁素体晶界形成的马氏体和在晶内析出的碳化物和氮化物。(www.xing528.com)

图5-2 409型铁素体不锈钢板经退火后的微观组织

图5-3 热轧430型铁素体不锈钢板微观组织

图5-4 430型铁素体不锈钢经1100℃（2010℉）退火和淬火到室温后的微观组织