鐵基合金
簡介
嚴格來說，鋼鐵材料也屬於鐵基合金，但工程上通常將兩者區別開來。鐵基合金是指那些刻意加入金屬合金元素，形成置換固溶體的合金，非金屬碳引起的所有強化效應是次要的。最典型的時效硬化型鐵基合金是馬氏體時效鋼（18Ni型）。其碳的質量分數極低，不超過0.03%，加入大量的Ni，空冷至室溫就能獲得板條馬氏體，因碳的質量分數低，馬氏體強度硬度並不高，但韌性良好。在450～500℃時效處理，合金元素首先在位錯處偏聚形成「氣團」，再以「氣團」為核心析出Ni2M、Ni3M（M代表其他金屬合金元素）型金屬間化合物，沉澱強化使鋼的屈服強度提高到1400～3500MPa。馬氏體時效鋼有3種強化機制：沉澱強化、固溶強化和相變強化（馬氏體），其中沉澱強化的貢獻最大。沉澱強化效果來自：（1）溶質原子向位錯偏聚；（2）大量細小、彌散分布、高硬度的金屬間化合物。
評價
錳、鉻、鉬、鎢、鈦、鈮、鉭等在鋼中能與碳形成化合物的元素，稱為碳化物形成元素。這類元素中，與碳親和力很強的元素，如Ti、Nb、Zr等在鋼中形成結構簡單、熔點高、硬度高、穩定性高的碳化物，如TiC、NbC、ZrC等，稱為強碳化物形成元素，與碳親和力弱的元素，如Mn、Cr、Mo等，稱為弱碳化物形成元素。這些元素可溶於鐵素體，形成合金鐵素體，同時還可溶於滲碳體，形成合金滲碳體，如（Fe·Mn）3C、（Fe·Cr）3C、（Fe·Mo）3C等。弱碳化物形成元素，在含量高時，可形成結構複雜的碳化物，如Cr7C3、Cr23C6等。從滲碳體、合金滲碳體、複雜結構碳化物、到簡單結構碳化物穩定性依次增加。固溶強化 合金元素溶於鐵素體時，有固溶強化作用。合金元素的晶格類型、原子直徑與α-Fe不同或相差較大時，對鐵素體的強化作用較為明顯，反之則強化作用較弱。所以不同元素隨含量增加對鐵素體的硬度增加的貢獻不同，如圖所示。合金元素使鐵素體固溶強化的同時，特別是合金元素含量增高的情況下，往往因鐵素體晶格畸變嚴重，又使韌性塑性下降，如圖所示。所以，要使鋼具有高的綜合性能，鋼中加入的合金元素，應是多元少量，而不是某一元素加得越多越好奧氏體溶有合金元素時，其中合金元素的原子擴散能力小，而且還降低奧氏體中鐵、碳原子的擴散能力，因而使奧氏體穩定性增高，不容易向珠光體轉變。反映在C曲線上，使C曲線右移（Co元素例外）而使淬火臨界冷卻速度減小，提高淬透性。因此，合金鋼不僅可提高整體截面力學性能，而且可以減小淬火變形和開裂的危險性。但是，合金元素使C曲線右移的同時，降低了Ms點。Ms點降低，會使合金鋼淬火後的殘餘奧氏體量增加，對提高硬度和耐磨性不利。[1]