含鉻鋼中碳化物的種類

第二章文獻回顧

2.4 回火

2.4.4 含鉻鋼中碳化物的種類

（1）ε-carbide（

Fe

₂_.₄

C

）：外形為片狀，具有Hexagonal結構，出現於回火的最早階段。可固溶少量Cr和Mn，但Mo並未出現其中。由於 ε-carbide為含碳量較高的介穩相，在變態成

Fe

₃

C

過程中，碳化物的體積分率也會隨著增加。

（2）Cementite（

M

₃

C

）：外形為片狀，具有Orthohombic結構，通常

被視為

Fe

₃

C

。此碳化物可固溶多量其它合金元素，如Mn、Cr、

Mo、V 等，其中Mn元素可謂無限量地固溶於

Fe

₃

C

。Baker和 Nutting[65]認為

Fe

₃

C

是由ε-carbide 藉現場變態而來。因為在形成階段沒有證據顯示有新的成核發生，除了厚度漸增外，

Fe

₃

C

之外觀亦和ε-carbide 相似。Jack指出

Fe

₃

C

至少滿足一個方向和基地有很好的接合。

（3）

M

₇

C

₃：外形為片狀或桿狀，具有Hexagonal結構，富含Cr元素，可固溶大量的Fe、Mn元素，及少量的V、Mo、Ni元素。Pickering[66]

指出從

Fe

₃

C

經由現場變態或分離成轉變成

M

₇

C

₃，主要取決於Fe 或Cr的相對含量。Kuo[67]認為在缺乏Cr元素的基地內，

M

₇

C

₃不可能以分離成核的方式析出。另外有研究指出[68]，在形成

M

₇

C

₃前，

雪明碳鐵內的Cr含量一直增加，

M

₇

C

₃可能在基地和雪明碳鐵的界面形成，而且在最初階段其成長速率相當快。在正常化的鋼中，

雖然肥粒鐵含有較豐富的Cr元素，但

M

₇

C

₃只有在變韌鐵區域內發生，也就是說只有在預先存在著

Fe

₃

C

的區域，

M

₇

C

₃才可能被發現。

（4）

M

₂₃

C

₆：通常為桿狀或球狀外形，具FCC[57]結構。Harue Wada[69]證實在鉻鉬鋼中，鉻為

M

₂₃

C

₆主要元素。在Beech Warrington之研究[70]顥示：在形成

M

₂₃

C

₆之前，

M

₇

C

₃的Cr含量一直保持固定的程度，所以

M

₂₃

C

₆不太可能完全從

M

₇

C

₃藉現場變態而

成，且

M

₂₃

C

₆沒有在

M

₇

C

₃附近被觀察到，因此

M

₂₃

C

₆應是以分離成核的形式在雪明碳鐵附近析出。

此外，不同合金元素其產生碳化物的種類或變態先後順序會有不同，碳化物形成條件和成核方式也會受合金元素比例影響。如Fe-Cr-C 合金系統在回火時，從Cr：C含量的比例可預期出現的碳化物如下[37]： Cr： C < 3：1 形成

( ^FeCr )

₃

^C

Cr： C > 3：1 形成

( ^FeCr )

₇

^C

₃

Cr： C >> 3：1 形成

( ^FeCr )

₂₃

^C

₆與

( ^FeCr )

₇

^C

₃

表一不銹鋼在工業上的產品型式及應用[1]

表二 440 系麻田散鐵不銹鋼成分之規範

表三 AISI 麻田散鐵系不銹鋼之化學成分（wt%） [6]

表四（a）麻田散鐵不銹鋼之機械性質【AISI規範】[6]

表四（b）麻田散鐵不銹鋼之機械性質【JIS 規範】[6]

（a）（b）

圖 2-1 （a）鉻-鐵（b）鎳-鐵平衡相圖[2]

圖 2-2 SUS 440C 系不銹鋼之硬化熱處理流程

圖2-3 鐵碳合金中碳含量對麻田散鐵起始溫度(Ms)形式相對量及殘留沃斯田鐵量之影響[8]

圖2-4 麻田散鐵體心立方晶體之八面體格隙位置。[10~12]

圖2-5 碳含量對沃斯田鐵及麻田散鐵晶格常數之影響。[13]

圖2-6 沃斯田鐵轉變為麻田散鐵的晶格對應。[14]

(a) 沃斯田鐵之正立方體單位晶胞

(b) 形成麻田散鐵晶格形變(Bain 應變)產生的c/a比。

圖2-7 形成麻田散鐵葉片之剪切變形與表面傾斜示意圖[10，15，16]

圖 2-8 麻田散鐵板片之剪切變形與表面傾斜之示意圖。[18]

圖 2-9 麻田散鐵板片之表面浮凸。[19]

圖2-10 麻田散鐵板片之晶癖面與晶體方位之示意圖。[20]

圖2-11 不變平面應變的三種型號，虛線代表變形後。δ、s 和m分

圖2-12 (a)、(b)表示沃斯田鐵上的Bain 應變。(c)表示Bain 應變加上一剛體旋轉所產生不變形應變。[30]

圖2-13 麻田散鐵現象學理論之示意圖。(a)表示沃斯田鐵晶格，(c)(d)(e) 皆為BCC晶體，(b)的結構介於FCC和BCC之間。P是慣平面的單位法向量，q是晶體不變應變所在面之法向量，以粗黑水平面表示。(e)雙晶的整合界面。[32]

圖 2-14 碳含量與麻田散鐵形貌之關係圖。[35]

圖2-15 鐵碳平衡相圖[36]

圖2-16 Fe-C-Cr 三元平衡相圖中低於A1 溫度之等溫區域[37]

圖2-17 含5%Cr 時的Fe-C-Cr 相圖[38]

圖2-18 含13%Cr 時的Fe-C-Cr 相圖[38]

圖2-19 各種不同含碳量鋼材隨回火溫度升高而硬度降低示意圖[41]

圖2-20 Fe-1.22C 合金中對麻田散鐵作三個不同回火溫度所得硬度與時間的關係[42]

圖2-21 Fe-1.22C 合金中作三個不同回火溫度時殘留沃斯田鐵變態量隨時間變化關係[54]

圖2-22 含0.003%Sb 的板條狀麻田散鐵在650℃回火時發生再結晶（a）一小時（b）五小時（c）十五小時，再結晶完成[52]

圖 2-23 鐵-碳麻田散鐵在 100~700℃中回火各一小時後的硬度[56]

圖2-24 碳化物結構與週期上金屬位置之關係[57]

在文檔中中華大學 (頁 38-56)

第二章 文獻回顧

2.4 回火

2.4.4 含鉻鋼中碳化物的種類

Fe

C

Fe

C

M

C

Fe

C

Fe

C

Fe

C

Fe

C

Fe

C

M

C

Fe

C

M

C

M

C

M

C

M

C

M

C

Fe

C

M

C

M

C

M

C

M

C

M

C

M

C

M

C

M

C

M

C

M

C

( FeCr )

C

( FeCr )

C

( FeCr )

C

( FeCr )

C

第二章文獻回顧

( ^FeCr )

^C

( ^FeCr )

^C

( ^FeCr )

^C

( ^FeCr )

^C