(1)式中各合金元素以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。由該式,人們對(duì)Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si和Ni元素影響鋼淬透性有相當(dāng)明確的半定量了解。
Cr對(duì)鋼共析點(diǎn)的影響,它和Mn大致相似,在約5%的含鉻量時(shí),共析點(diǎn)的含C量降到0.5%左右。另外Si﹑W﹑Mo﹑V﹑Ti的加入更降低共析點(diǎn)含C量。為此可以知道:熱作模具鋼和高速鋼一樣屬于過(guò)共析鋼。共析含C量的降低,將增加奧氏體化后組織中和后組織中的合金碳化物含量。
鋼中合金C化物的行為與其自身的穩(wěn)定性有關(guān),實(shí)際上,合金C化物的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性與相應(yīng)C化物形成元素的d電子殼層和S電子殼層的電子欠缺程度相關(guān)[17]。隨著電子欠缺程度下降,金屬原子半徑隨之減小,碳和金屬元素的原子半徑比rc/rm增加,合金C化物由間隙相向間隙化合物變化,C化物的穩(wěn)定性減弱,其相應(yīng)熔化溫度和在A中溶解溫度降低,其生成自由能的值減小,相應(yīng)的硬度值下降。具有面心立方點(diǎn)陣的VC碳化物,穩(wěn)定性高,約在900~950℃溫度開(kāi)始溶解,在1100℃以上開(kāi)始大量溶解(溶解終結(jié)溫度為1413℃)[17];它在500~700℃回火過(guò)程中析出,不易聚集長(zhǎng)大,能作為鋼中強(qiáng)化相。中等碳化物形成元素W 、Mo形成的M2C和MC 碳化物具有密排和簡(jiǎn)單六方點(diǎn)陣,它們的穩(wěn)定性較差些,亦具較高的硬度、熔點(diǎn)和溶解溫度,仍可作為在500~650℃范圍使用鋼的強(qiáng)化相。M23C6(如Cr23C6等)具有復(fù)雜立方點(diǎn)陣,穩(wěn)定性更差,結(jié)合強(qiáng)度較弱,熔點(diǎn)和溶解溫度較低(在1090℃溶入A中),只有在少數(shù)耐熱鋼中經(jīng)綜合合金化后才有較高穩(wěn)定性(如(CrFeMoW)23C6,可作為強(qiáng)化相。具有復(fù)雜六方結(jié)構(gòu)的M7C3(如Cr7C3、 Fe4Cr3C3或Fe2Cr5C3)的穩(wěn)定性更差,它和Fe3C類(lèi)碳化物一樣很易溶解和析出,具有較大的聚集長(zhǎng)大速度,一般不能作為高溫強(qiáng)化相[17]。
我們?nèi)詮腇e-Cr-C三元相圖可以簡(jiǎn)便了解H13鋼中的合金碳化物相。按Fe-Cr-C系700℃[18~20]和870℃[9]三元等溫截面的相圖,對(duì)含0.4%C鋼中,隨Cr量增加會(huì)出現(xiàn)(FeCr)3C(M3C)和(CrFe)7C3(M7C3)型合金碳化物。注意在870℃圖上,只有含Cr量大于11%才會(huì)出現(xiàn)M23C6)。另外根據(jù)Fe-Cr-C三元系在5%Cr時(shí)的垂直截面,對(duì)含0.40%C的鋼在退火狀態(tài)下為α相(約固溶1%Cr)和(CrFe)7C3合金C化物。當(dāng)加熱至791℃以上形成奧氏體A和進(jìn)入(α A M7C3)三相區(qū),在795℃左右進(jìn)入(A M7C3)兩相區(qū),約在970℃時(shí),(CrFe)7C3消失,進(jìn)入單相A區(qū)。當(dāng)基體含C量﹤0.33%時(shí),在793℃左右才存在(M7C3 M23C6和A)的三相區(qū),在796℃進(jìn)入(A M7C3)區(qū)(0.30%C時(shí)),以后一直保持到液相。鋼中殘留的M7C3有阻止A晶粒長(zhǎng)大的作用。Nilson提出,對(duì)1.5%C-13%Cr的成分合金,欠穩(wěn)定(CrFe)23C6不形成[20]。當(dāng)然,單以Fe-Cr-C三元系分析會(huì)有一些偏差,要考慮加入合金元素的影響。