2.2 铬对相图的影响

轴承的服役性能在很大程度上取决于轴承钢的冶金水平，即钢中化学成分的均匀性，氧含量，非金属夹杂物的含量、类型、大小及分布，碳化物不均匀性以及低倍组织缺陷等。轴承钢制的轴承零件的热处理质量对轴承的使用性能和寿命也起着非常关键的作用，而轴承钢的组织转变对制定热处理工艺具有决定性的指导作用。

所有的铁碳合金，其组织状态图及其组织变化都是以Fe-Fe ₃ C相图为基础的。GCr15高碳铬轴承钢是碳的质量分数为1%左右、铬的质量分数为1.5%左右的碳钢，其本质仍为过共析钢。此外，GCr15SiMn钢中还有合金元素硅和锰，它们对于Fe-Fe ₃ C相图也会产生影响。Fe-C-Cr三元合金相图是立体图，研究比较复杂。为此，以铬的浓度保持恒定，取成分接近GCr15钢的竖直截面，简化为二元相图的形式。为了便于讨论，把这个竖直截面的某些特征点，也用Fe-Fe ₃ C相图中类似点的同样字母来表示。

图2-17所示为铬的质量分数为1.6%的三元合金相图的竖直截面，也即变温截面图，其特点如下：

1）由于铬的加入，碳在奥氏体中的溶解度随之降低，因此，共析点（ S 点）的碳的质量分数降低到0.65%，而碳的最大溶解度降低到1.5%（ E 点）。

2）由于铬的加入，共析转变温变显著提高，奥氏体区域缩小，且共析转变温度不是在某一个恒定温度下进行，而是在一个温度范围 （相变开始温度）～ （相变结束温度）内完成的。在 温度范围内，为珠光体、碳化物、奥氏体三相平衡区。其相成分不在一个竖直截面内变化，而是在立体图上沿两曲面交线变化；故竖直截面不能表示平衡相成分，也不能用杠杆定律求得各相的相对量。

3）铬的加入，限定两相区（a+γ） GS 线降低。由于 ES 线左移，故奥氏体区缩小，固相线 JE 线降低，使加热时出现过烧的温度较碳钢低。

4）铬的加入，钢中所含微量元素Mn，一部分溶于固溶体，另一部分以渗碳体碳化物（Fe，Cr，Mn） ₃ C存在于钢中，其性质与Fe ₃ C相近，同时在回火时也比较容易分解出来。还有一部分Mn元素与S元素化合生成稳定的MnS夹杂物。另外，GCr15钢中的碳化物（Fe，Cr） ₃ C，当加热到900℃左右时，几乎完全溶解到奥氏体中。GCr15钢的临界温度见表2-6。

在Fe-C-Cr三元合金相图中，除通过上述垂直线截取恒定铬含量的（Fe-C两组元）变温截面图来分析在缓慢变温过程中不同碳含量与各相区的变化关系之外，也可以竖直截取某一恒定碳含量的（Fe-Cr两组元）变温截面图，如图2-18所示为碳的质量分数为1.0%的竖直截面图。该图近似地反映了GCr15在缓慢加热与冷却过程中发生的组织转变情况。

在Fe-C-Cr三元合金中，渗碳体与铬形成置换式固溶体，而铬的碳化物与铁形成置换式固溶体。合金碳化物用（Fe，Cr） ₃ C、（Cr，Fe） ₇ C ₃ 和（Cr，Fe） ₂₃ C ₇ 表示。某种碳化物的出现和其中金属的溶解量都与合金中铬和碳的含量及温度有关。表2-7所列为第二种金属在碳化物中的极限溶解度。

另外，在Fe-C系和Cr-C系中，有三种碳化物即碳的质量分数为6.69%的Fe ₃ C、碳的质量分数为9%的菱方铬碳化物Cr ₇ C ₃ 和碳的质量分数为5.65%的立方铬碳化物Cr ₂₃ C ₇ 。

高碳铬轴承钢在加入硅、锰合金元素后，其多元相图变得更复杂了。其中，硅的作用主要是引起相变点 A ₁ 、 A ₃ 、 A _cm 升高，从而使相图的奥氏体区趋于封闭；锰的作用则是引起 S 点左移，并使 A ₁ 、 A ₃ 下降， A _cm 升高，造成奥氏体区扩大。钢中硅几乎全部溶入固溶体中，而锰除了一部分溶入固溶体，其余则形成渗碳体型碳化物（Fe，Cr，Mn） ₃ C。