第一篇：馬氏體、鐵素體、奧氏體、雙相不銹鋼的簡單介紹

馬氏體、鐵素體、奧氏體、雙相不銹鋼的簡單介紹

2008年06月13日 星期五 09:15 A.M.采編自百度百科 馬氏體不銹鋼

標準的馬氏體不銹鋼是：403、410、414、416、416(Se)、420、431、440A、440B和440C型，這些鋼材的耐腐蝕性來自“鉻”，其范圍是從11.5至18%，鉻含量愈高的鋼材需碳含量愈高，以確保在熱處理期間馬氏體的形成，上述三種440型不銹鋼很少被考慮做為需要焊接的應(yīng)用，且440型成份的熔填金屬不易取得。

標準馬氏體鋼材的改良，含有類如鎳、鉬、釩等的添加元素，主要是用于將標準鋼材受限的容許工作溫度提升至高于1100K，當添加這些元素時，碳含量也增加，隨著碳含量的增加，在焊接物的硬化熱影響區(qū)中避免龜裂的問題變成更嚴重。

馬氏體不銹鋼能在退火、硬化和硬化與回火的狀態(tài)下焊接，無論鋼材的原先狀態(tài)如何，經(jīng)過焊接后都會在鄰近焊道處產(chǎn)生一硬化的馬氏體區(qū)，熱影響區(qū)的硬度主要是取決于母材金屬的碳含量，當硬度增加時，則韌性減少，且此區(qū)域變成較易產(chǎn)生龜裂、預(yù)熱和控制層間溫度，是避免龜裂的最有效方法，為得最佳的性質(zhì)，需焊后熱處理。

馬氏體不銹鋼是一類可以通過熱處理（淬火、回火）對其性能進行調(diào)整的不銹鋼，通俗地講，是一類可硬化的不銹鋼。這種特性決定了這類鋼必須具備兩個基本條件：一是在平衡相圖中必須有奧氏體相區(qū)存在，在該區(qū)域溫度范圍內(nèi)進行長時間加熱，使碳化物固溶到鋼中之后，進行淬火形成馬氏體，也就是化學(xué)成分必須控制在γ或γ+α相區(qū)，二是要使合金形成耐腐蝕和氧化的鈍化膜，鉻含量必須在10.5%以上。按合金元素的差別，可分為馬氏體鉻不銹鋼和馬氏體鉻鎳不銹鋼。

馬氏體鉻不銹鋼的主要合金元素是鐵、鉻和碳。圖1-4是Fe-Cr系相圖富鐵部分，如Cr大于13%時，不存在γ相，此類合金為單相鐵素體合金，在任何熱處理制度下也不能產(chǎn)生馬氏體，為此必須在內(nèi)Fe-Cr二元合金中加入奧氏體形成元素，以擴大γ相區(qū)，對于馬氏體鉻不銹鋼來說，C、N是有效元素，C、N元素添加使得合金允許更高的鉻含量。在馬氏體鉻不銹鋼中，除鉻外，C是另一個最重要的必備元素，事實上，馬氏體鉻不銹耐熱鋼是一類鐵、鉻、碳三元合金。當然，還有其他元素，利用這些元素，可根據(jù)Schaeffler圖確定大致的組織。鐵素體不銹鋼

在使用狀態(tài)下以鐵素體組織為主的不銹鋼。含鉻量在11%~30%，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)。這類鋼一般不含鎳，有時還含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，這類鋼具導(dǎo)熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小、抗氧化性好、抗應(yīng)力腐蝕優(yōu)良等特點，多用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。

這類鋼存在塑性差、焊后塑性和耐蝕性明顯降低等缺點，因而限制了它的應(yīng)用。爐外精煉技術(shù)（AOD或VOD）的應(yīng)用可使碳、氮等間隙元素大大降低，因此使這類鋼獲得廣泛應(yīng)用。奧氏體不銹鋼

在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni 8%~10%、C約0.1%時，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎(chǔ)上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發(fā)展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強度較低，不可能通過相變使之強化，僅能通過冷加工進行強化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。此類鋼除耐氧化性酸介質(zhì)腐蝕外，如果含有Mo、Cu等元素還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕。此類鋼中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可顯著提高其耐晶間腐蝕性能。高硅的奧氏體不銹鋼濃硝酸肯有良好的耐蝕性。由于奧氏體不銹鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。

雙相不銹鋼

所謂雙相不銹鋼是在其固溶組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半，一般量少相的含量也需要達到30%。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Nb、Ti，N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導(dǎo)熱系數(shù)高，具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間副食和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。

雙相不銹鋼的性能特點

由于兩相組織的特點，通過正確控制化學(xué)成分和熱處理工藝，使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點，它將奧氏體不銹鋼所具有的優(yōu)良韌性和焊接性與鐵素體不銹鋼所具有的較高強度和耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能結(jié)合在一起，正是這些優(yōu)越的性能使雙相不銹鋼作為可焊接的結(jié)構(gòu)材料發(fā)展迅速，80年代以來已成為和馬氏體型、奧氏體型和鐵素體型不銹鋼并列的一個鋼類。雙相不銹鋼有以下性能特點：

（1）含鉬雙相不銹鋼在低應(yīng)力下有良好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能。一般18-8型奧氏體不銹鋼在60°C以上中性氯化物溶液中容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂，在微量氯化物及硫化氫工業(yè)介質(zhì)中用這類不銹鋼制造的熱交換器、蒸發(fā)器等設(shè)備都存在著產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂的傾向，而雙相不銹鋼卻有良好的抵抗能力。

（2）含鉬雙相不銹鋼有良好的耐孔蝕性能。在具有相同的孔蝕抗力當量值（PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%）時，雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的臨界孔蝕電位相仿。雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼耐孔蝕性能與AISI 316L相當。含25%Cr的，尤其是含氮的高鉻雙相不銹鋼的耐孔蝕和縫隙腐蝕性能超過了AISI 316L。

（3）具有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能。在某些腐蝕介質(zhì)的條件下，適用于制作泵、閥等動力設(shè)備。

（4）綜合力學(xué)性能好。有較高的強度和疲勞強度，屈服強度是18-8型奧氏體不銹鋼的2倍。固溶態(tài)的延伸率達到25%，韌性值A(chǔ)K（V型槽口）在100J以上。

（5）可焊性良好，熱裂傾向小，一般焊前不需預(yù)熱，焊后不需熱處理，可與18-8型奧氏體不銹鋼或碳鋼等異種焊接。

（6）含低鉻（18%Cr）的雙相不銹鋼熱加工溫度范圍比18-8型奧氏體不銹鋼寬，抗力小，可不經(jīng)過鍛造，直接軋制開坯生產(chǎn)鋼板。含高鉻（25%Cr）的雙相不銹鋼熱加工比奧氏體不銹鋼略顯困難，可以生產(chǎn)板、管和絲等產(chǎn)品。

（7）冷加工時比18-8型奧氏體不銹鋼加工硬化效應(yīng)大，在管、板承受變形初期，需施加較大應(yīng)力才能變形。

（8）與奧氏體不銹鋼相比，導(dǎo)熱系數(shù)大，線膨脹系數(shù)小，適合用作設(shè)備的襯里和生產(chǎn)復(fù)合板。也適合制作熱交換器的管芯，換熱效率比奧氏體不銹鋼高。

（9）仍有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆性傾向，不宜用在高于300°C的工作條件。雙相不銹鋼中含鉻量愈低，σ等脆性相的危害性也愈小。

雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，簡稱DSS），指鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少也需要達到3O%的不銹鋼。

雙相不銹鋼從20世紀40年代在美國誕生以來，已經(jīng)發(fā)展到第三代。它的主要特點是屈服強度可達400-550MPa，使普通不銹鋼的2倍，因此可以節(jié)約用材，降低設(shè)備制造成本。在抗腐蝕方面，特別是介質(zhì)環(huán)境比較惡劣（如海水，氯離子含量較高）的條件下，雙相不銹鋼的抗點蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞性能明顯優(yōu)于普通的奧氏體不銹鋼，可以與高合金奧氏體不銹鋼媲美。

雙相不銹鋼具有良好的焊接性能，與鐵素體不銹鋼及奧氏體不銹鋼相比，它既不像鐵素體不銹鋼的焊接熱影響區(qū)，由于晶粒嚴重粗化而使塑韌性大幅降低，也不像奧氏體不銹鋼那樣，對焊接熱裂紋比較敏感。

雙相不銹鋼由于其特殊的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于石油化工設(shè)備、海水與廢水處理設(shè)備、輸油輸氣管線、造紙機械等工業(yè)領(lǐng)域，近年來也被研究用于橋梁承重結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具有很好的發(fā)展前景。

什么叫回火？【機械知識】

又稱配火。金屬熱處理工藝的一種。將經(jīng)過淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當溫度，保溫一段時間后在空氣或水、油等介質(zhì)中冷卻的金屬熱處理?；?qū)⒋慊鸷蟮暮辖鸸ぜ訜岬竭m當溫度，保溫若干時間，然后緩慢或快速冷卻。一般用以減低或消除淬火鋼件中的內(nèi)應(yīng)力，或降低其硬度和強度，以提高其延性或韌性。根據(jù)不同的要求可采用低溫回火、中溫回火或高溫回火。通常隨著回火溫度的升高，硬度和強度降低，延性或韌性逐漸增高。

鋼鐵工件在淬火后具有以下特點：①得到了馬氏體、貝氏體、殘余奧氏體等不平衡（即不穩(wěn)定）組織。②存在較大內(nèi)應(yīng)力。③力學(xué)性能不能滿足要求。因此，鋼鐵工件淬火后一般都要經(jīng)過回火。

作用 回火的作用在于：①提高組織穩(wěn)定性，使工件在使用過程中不再發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，從而使工件幾何尺寸和性能保持穩(wěn)定。②消除內(nèi)應(yīng)力，以便改善工件的使用性能并穩(wěn)定工件幾何尺寸。③調(diào)整鋼鐵的力學(xué)性能以滿足使用要求。

回火之所以具有這些作用，是因為溫度升高時，原子活動能力增強，鋼鐵中的鐵、碳和其他合金元素的原子可以較快地進行擴散，實現(xiàn)原子的重新排列組合，從而使不穩(wěn)定的不平衡組織逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的平衡組織。內(nèi)應(yīng)力的消除還與溫度升高時金屬強度降低有關(guān)。一般鋼鐵回火時，硬度和強度下降，塑性提高?；鼗饻囟仍礁?，這些力學(xué)性能的變化越大。有些合金元素含量較高的合金鋼，在某一溫度范圍回火時，會析出一些顆粒細小的金屬化合物，使強度和硬度上升。這種現(xiàn)象稱為二次硬化。

要求 用途不同的工件應(yīng)在不同溫度下回火，以滿足使用中的要求。①刀具、軸承、滲碳淬火零件、表面淬火零件通常在250℃以下進行低溫回火。低溫回火后硬度變化不大，內(nèi)應(yīng)力減小，韌性稍有提高。②彈簧在350～500℃下中溫回火，可獲得較高的彈性和必要的韌性。③中碳結(jié)構(gòu)鋼制作的零件通常在500～600℃進行高溫回火，以獲得適宜的強度與韌性的良好配合。淬火加高溫回火的熱處理工藝總稱為調(diào)質(zhì)。

鋼在300℃左右回火時，常使其脆性增大，這種現(xiàn)象稱為第一類回火脆性。一般不應(yīng)在這個溫度區(qū)間回火。某些中碳合金結(jié)構(gòu)鋼在高溫回火后，如果緩慢冷至室溫，也易于變脆。這種現(xiàn)象稱為第二類回火脆性。在鋼中加入鉬，或回火時在油或水中冷卻，都可以防止第二類回火脆性。將第二類回火脆性的鋼重新加熱至原來的回火溫度，便可以消除這種脆性。

鋼的回火

回火是工件淬硬后加熱到AC1以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。

回火一般緊接著淬火進行，其目的是：

(a)消除工件淬火時產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，防止變形和開裂；

(b)調(diào)整工件的硬度、強度、塑性和韌性，達到使用性能要求；

(c)穩(wěn)定組織與尺寸，保證精度；

(d)改善和提高加工性能。因此，回火是工件獲得所需性能的最后一道重要工序。

按回火溫度范圍，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。

(1)低溫回火

工件在250℃以下進行的回火。

目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火殘留應(yīng)力和脆性

回火后得到回火馬氏體，指淬火馬氏體低溫回火時得到的組織。

力學(xué)性能：58～64HRC，高的硬度和耐磨性。

應(yīng)用范圍：刃具、量具、模具、滾動軸承、滲碳及表面淬火的零件等。

(2)中溫回火

工件在250～500 ℃之間進行的回火。

目的是得到較高的彈性和屈服點，適當?shù)捻g性。

回火后得到回火托氏體，指馬氏體回火時形成的鐵素體基體內(nèi)分布著極其細小球狀碳化物（或滲碳體）的復(fù)相組織。

力學(xué)性能：35～50HRC，較高的彈性極限、屈服點和一定的韌性。

應(yīng)用范圍：彈簧、鍛模、沖擊工具等。

(3)高溫回火

工件在500℃以上進行的回火。

目的是得到強度、塑性和韌性都較好的綜合力學(xué)性能。

回火后得到回火索氏體，指馬氏體回火時形成的鐵素體基體內(nèi)分布著細小球狀碳化物（包括滲碳體）的復(fù)相組織。

力學(xué)性能：200～350HBS，較好的綜合力學(xué)性能。

應(yīng)用范圍：廣泛用于各種較重要的受力結(jié)構(gòu)件，如連桿、螺栓、齒輪及軸類零件等。

工件淬火并高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)不僅作最終熱處理，也可作一些精密零件或感應(yīng)淬火件預(yù)先熱處理。

45鋼正火和調(diào)質(zhì)后性能比較見下表所示。

45鋼(φ20mm～φ40mm)正火和調(diào)質(zhì)后性能比較

熱處理方法 力學(xué)性能 力學(xué)性能 力學(xué)性能 力學(xué)性能 組織 σb/Mpa δ×100 Ak/J HBS 正火 700～800 15～20 40～64 163～220 索氏體+鐵素體 調(diào)質(zhì) 750～850 20～25 64～96 210～250 回火索氏體（由于百度的表格功能太差，所以這里不夠美觀）

鋼淬火后在300℃左右回火時，易產(chǎn)生不可逆回火脆性，為避免它，一般不在250～350℃ 范圍內(nèi)回火。

含鉻、鎳、錳等元素的合金鋼淬火后在500～650℃回火，緩冷易產(chǎn)生可逆回火脆性，為防止它，小零件可采用回火時快冷；大零件可選用含鎢或鉬的合金鋼。

汽車排氣管回火

看賽車比賽的時候，聽到賽車在彎道減速時候有時會發(fā)出非常震耳的砰砰聲，就像放炮一樣，這是排氣管回火的聲音，它的英文專業(yè)術(shù)語叫做BACKFIRE。

賽車需要的是迅猛的加速能力，因此和普通民用車的發(fā)動機相比，賽車引擎更多時候都被設(shè)定在燃油加濃的狀態(tài)，混合比都調(diào)的很濃，從而讓更多的燃油參加燃燒釋放能量。在突然收油瞬間，總會有一些沒燃燒干凈的混合氣體進入到排氣系統(tǒng)中，被炙熱的排氣管再次點燃而發(fā)生爆燃（這時候發(fā)出的巨響就是你聽到的放炮聲），另外，為了減輕排氣背壓提升動力，賽車的排氣管大多是直排式的，沒有民用車哪種三元催化包和消音器，因此就會出現(xiàn)這種毫無掩飾的爆燃聲，厲害時甚至能看到從排氣管末端噴出火焰來，讓人感覺非常刺激。

相比自然吸氣發(fā)動機，那些帶渦輪增壓的賽車引擎更容易發(fā)生回火，因為它們大多裝備了所謂的偏時點火系統(tǒng)。

什么叫淬火？【機械知識】

鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體[1]化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。

通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。

淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。

淬火能使鋼強化的根本原因是相變，即奧氏體組織通過相變而成為馬氏體組織（或貝氏體組織）。

鋼淬火工藝最早的應(yīng)用見于河北易縣燕下都遺址出土的戰(zhàn)國時代的鋼制兵器。

淬火工藝最早的史料記載見于《漢書.王褒傳》中的“清水焠其峰”。

“淬火”在專業(yè)文獻上，人們寫的是“淬火”，而讀起來又稱“蘸火”?！罢夯稹币殉蔀閷I(yè)口頭交流的習用詞，但文獻中又看不到它的存在。也就是說，淬火是標準詞，人們不讀它，“蘸火”是常用詞，人們卻不寫它，這是我國文字中不多見的現(xiàn)象。

淬火是“蘸火”的正詞，淬火的古詞為蔯火，本義是滅火，引申義是“將高溫的物體急速冷卻的工藝”?！罢夯稹笔抢淦г~，屬于現(xiàn)代詞，是文字改革后出現(xiàn)的產(chǎn)物，“蘸”字本義與淬火無關(guān)?！罢夯稹北驹~為“湛火”，“湛”字讀音同“蘸”，而其字形又與水、火有關(guān)，符合“水與火合為蔯”之意，字義與“淬火”相通。“湛火”為本詞，“蘸火”則為假借詞。

淬火

將金屬工件加熱到某一適當溫度并保持一段時間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。常用的淬冷介質(zhì)有鹽水、水、礦物油、空氣等。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強度、韌性及疲勞強度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機械性能）以滿足不同的使用要求。另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學(xué)性能，如淬火使永磁鋼增強其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。淬火工藝主要用于鋼件。常用的鋼在加熱到臨界溫度以上時，原有在室溫下的組織將全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。隨后將鋼浸入水或油中快速冷卻，奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。鋼淬火的目的就是為了使它的組織全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，獲得高硬度，然后在適當溫度下回火，使工件具有預(yù)期的性能。淬火時的快速冷卻會使工件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當其大到一定程度時工件便會發(fā)生扭曲變形甚至開裂。為此必須選擇合適的冷卻方法。根據(jù)冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火4類。

淬火效果的重要因素，淬火工件硬度要求和檢測方法：

淬火工件的硬度影響了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度計，測試HRC硬度。淬火的薄硬鋼板和表面淬火工件可測試HRA的硬度。厚度小于0.8mm的淬火鋼板、淺層表面淬火工件和直徑小于5mm的淬火鋼棒，可改用表面洛氏硬度計，測試HRN硬度。

在焊接中碳鋼和某些合金鋼時，熱影響區(qū)中可能發(fā)生淬火現(xiàn)象而變硬，易形成冷裂紋，這是在焊接過程中要設(shè)法防止的。

由于淬火后金屬硬而脆，產(chǎn)生的表面殘余應(yīng)力會造成冷裂紋，回火可作為在不影響硬度的基礎(chǔ)上，消除冷裂紋的手段之一。

淬火對厚度、直徑較小的零件使用比較合適，對于過大的零件，淬火深度不夠，滲碳也存在同樣問題，此時應(yīng)考慮在鋼材中加入鉻等合金來增加強度。

淬火是鋼鐵材料強化的基本手段之一。鋼中馬氏體是鐵基固溶體組織中最硬的相(表1)，故鋼件淬火可以獲得高硬度、高強度。但是，馬氏體的脆性很大，加之淬火后鋼件內(nèi)部有較大的淬火內(nèi)應(yīng)力，因而不宜直接應(yīng)用，必須進行回火。

表1鋼中鐵基固溶體的顯微硬度值

淬火工藝在現(xiàn)代機械制造工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。機械中重要零件，尤其在汽車、飛機、火箭中應(yīng)用的鋼件幾乎都經(jīng)過淬火處理。為滿足各種零件干差萬別的技術(shù)要求，發(fā)展了各種淬火工藝。如，按接受處理的部位，有整體、局部淬火和表面淬火；按加熱時相變是否完全，有完全淬火和不完全淬火(對于亞共析鋼，該法又稱亞臨界淬火)；按冷卻時相變的內(nèi)容，有分級淬火，等溫淬火和欠速淬火等。

工藝過程 包括加熱、保溫、冷卻3個階段。下面以鋼的淬火為例，介紹上述三個階段工藝參數(shù)選擇的原則。

加熱溫度 以鋼的相變臨界點為依據(jù)，加熱時要形成細小、均勻奧氏體晶粒，淬火后獲得細小馬氏體組織。碳素鋼的淬火加熱溫度范圍如圖1所示。由本圖示出的淬火溫度選擇原則也適用于大多數(shù)合金鋼，尤其低合金鋼。亞共析鋼加熱溫度為Ac3溫度以上30～50℃。從圖上看，高溫下鋼的狀態(tài)處在單相奧氏體(A)區(qū)內(nèi)，故稱為完全淬火。如亞共析鋼加熱溫度高于Ac1、低于Ac3溫度，則高溫下部分先共析鐵素體未完全轉(zhuǎn)變成奧氏體，即為不完全(或亞臨界)淬火。過共析鋼淬火溫度為Ac1溫度以上30～50℃，這溫度范圍處于奧氏體與滲碳體(A+C)雙相區(qū)。因而過共析鋼的正常的淬火仍屬不完全淬火，淬火后得到馬氏體基體上分布滲碳體的組織。這-組織狀態(tài)具有高硬度和高耐磨性。對于過共析鋼，若加熱溫度過高，先共析滲碳體溶解過多，甚至完全溶解，則奧氏體晶粒將發(fā)生長大，奧氏體碳含量也增加。淬火后，粗大馬氏體組織使鋼件淬火態(tài)微區(qū)內(nèi)應(yīng)力增加，微裂紋增多，零件的變形和開裂傾向增加；由于奧氏體碳濃度高，馬氏體點下降，殘留奧氏體量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。常用鋼種淬火的溫度參見表2。

表2常用鋼種淬火的加熱溫度

實際生產(chǎn)中，加熱溫度的選擇要根據(jù)具體情況加以調(diào)整。如亞共析鋼中碳含量為下限，當裝爐量較多，欲增加零件淬硬層深度等時可選用溫度上限；若工件形狀復(fù)雜，變形要求嚴格等要采用溫度下限。

保溫時間 由設(shè)備加熱方式、零件尺寸、鋼的成分、裝爐量和設(shè)備功率等多種因素確定。對整體淬火而言，保溫的目的是使工件內(nèi)部溫度均勻趨于一致。對各類淬火，其保溫時間最終取決于在要求淬火的區(qū)域獲得良好的淬火加熱組織。

加熱與保溫是影響淬火質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，奧氏體化獲得的組織狀態(tài)直接影響淬火后的性能。-般鋼件奧氏體晶粒控制在5～8級。

冷卻方法 要使鋼中高溫相——奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變成低溫亞穩(wěn)相——馬氏體，冷卻速度必須大于鋼的臨界冷卻速度。工件在冷卻過程中，表面與心部的冷卻速度有-定差異，如果這種差異足夠大，則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉(zhuǎn)變成馬氏體，而小于臨界冷卻速度的心部不能轉(zhuǎn)變成馬氏體的情況。為保證整個截面上都轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體需要選用冷卻能力足夠強的淬火介質(zhì)，以保證工件心部有足夠高的冷卻速度。但是冷卻速度大，工件內(nèi)部由于熱脹冷縮不均勻造成內(nèi)應(yīng)力，可能使工件變形或開裂。因而要考慮上述兩種矛盾因素，合理選擇淬火介質(zhì)和冷卻方式。

冷卻階段不僅零件獲得合理的組織，達到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形狀精度，是淬火工藝過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

分類 可按冷卻方式分為單液淬火、雙液淬火、分級淬火和等溫淬火等。冷卻方式的選擇要根據(jù)鋼種、零件形狀和技術(shù)要求諸因素。

單液淬火 將工件加熱后使用單一介質(zhì)冷卻，最常使用的有水和油兩種，其變、溫曲線如圖2中的曲線1。為防止工件過大的變形和開裂，工件不宜在介質(zhì)中冷至室溫，可在200～300℃出水或油，在空氣中冷卻。單液淬火操作簡單易行，廣泛用于形狀簡單的工件。有時將工件加熱后，先在空氣中停留-段時間，再淬入淬火介質(zhì)中，以減少淬冷過程中工件內(nèi)部的溫差，降低工件變形與開裂的傾向，稱為預(yù)冷淬火。

圖2 各種淬火冷卻的變溫曲線示意圖 曲線1-單液淬火；曲線2-雙液淬火； 曲線3-分級淬火；曲線4-等溫淬火

雙液淬火 工件加熱后，先淬入水或其他冷卻能力強的介質(zhì)中冷卻至400℃左右，迅速轉(zhuǎn)入油或其他冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻。變溫曲線如圖2中曲線2。所謂“水淬油冷”法使用得相當普遍。先淬入冷卻能力強的介質(zhì)，工件快速冷卻可避免鋼中奧氏體分解。低溫段轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的介質(zhì)可有效減少工件的內(nèi)應(yīng)力，降低工件變形和開裂傾向。本工藝的關(guān)鍵是如何控制在水中停留的時間。根據(jù)經(jīng)驗，按工件厚度計算在水中停留的時間，系數(shù)為O.2～O.3s/mm，碳素鋼取上限，合金鋼取下限。這種工藝適用于碳素鋼制造的中型零件(直徑10～40mm)和低合金鋼制造的較大型零件。

分級淬火 工件加熱后，淬入溫度處于馬氏體點(ms)附近的介質(zhì)(可用熔融硝鹽、堿或熱油)中，停留一段時間，然后取出空冷。變溫曲線如圖2中曲線3。分級溫度應(yīng)選擇在該鋼種過冷奧氏體的穩(wěn)定區(qū)域，以保證分級停留過程中不發(fā)生相變。對于具有中間穩(wěn)定區(qū)(“兩個鼻子”)型TTT曲線的某些高合金鋼，分級溫度也可選在中溫(400～600℃)區(qū)。分級的目的是使工件內(nèi)部溫度趨于一致，減少在后續(xù)冷卻過程中的內(nèi)應(yīng)力及變形和開裂傾向。此工藝適用于形狀復(fù)雜，變形要求嚴格的合金鋼件。高速鋼制造的工具淬火多用此工藝。

等溫淬火 工件加熱后，淬入溫度處于該鋼種下貝氏體(B下)轉(zhuǎn)變范圍的介質(zhì)中，保溫使之完成下貝氏體轉(zhuǎn)變，然后取出空冷，變溫曲線如圖2中的曲線4。等溫溫度對下貝氏體性能影響較大，溫度控制要求嚴格。常用鋼種的等溫溫度和時間列于表3。等溫淬火工藝特別適用于要求變形小、形狀復(fù)雜，尤其同時還要求較高強韌性的零件。

表3 中國常用鋼種的等溫溫度和等溫時間 淬火方式：

1)單介質(zhì)淬火

工件在一種介質(zhì)中冷卻，如水淬、油淬。優(yōu)點是操作簡單，易于實現(xiàn)機械化，應(yīng)用廣

泛。缺點是在水中淬火應(yīng)力大，工件容易變形開裂；在油中淬火，冷卻速度小，淬透直徑

小，大型工件不易淬透。2)雙介質(zhì)淬火

工件先在較強冷卻能力介質(zhì)中冷卻到300℃左右，再在一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷

卻，如：先水淬后油淬，可有效減少馬氏體轉(zhuǎn)變的內(nèi)應(yīng)力，減小工件變形開裂的傾向，可

用于形狀復(fù)雜、截面不均勻的工件淬火。雙液淬火的缺點是難以掌握雙液轉(zhuǎn)換的時刻，轉(zhuǎn)

換過早容易淬不硬，轉(zhuǎn)換過遲又容易淬裂。為了克服這一缺點，發(fā)展了分級淬火法。3)分級淬火

工件在低溫鹽浴或堿浴爐中淬火，鹽浴或堿浴的溫度在Ms點附近，工件在這一溫度停

留2min～5min，然后取出空冷，這種冷卻方式叫分級淬火。分級冷卻的目的，是為了使工

件內(nèi)外溫度較為均勻，同時進行馬氏體轉(zhuǎn)變，可以大大減小淬火應(yīng)力，防止變形開裂。分

級溫度以前都定在略高于Ms點，工件內(nèi)外溫度均勻以后進入馬氏體區(qū)?，F(xiàn)在改進為在略

低于 Ms 點的溫度分級。實踐表明，在Ms 點以下分級的效果更好。例如，高碳鋼模具在

160℃的堿浴中分級淬火，既能淬硬，變形又小，所以應(yīng)用很廣泛。4)等溫淬火

工件在等溫鹽浴中淬火，鹽浴溫度在貝氏體區(qū)的下部(稍高于Ms)，工件等溫停留較長

時間，直到貝氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束，取出空冷。等溫淬火用于中碳以上的鋼，目的是為了獲得下

貝氏體，以提高強度、硬度、韌性和耐磨性。低碳鋼一般不采用等溫淬火。

第二篇：馬氏體不銹鋼的基本介紹與主要性能

馬氏體不銹鋼的基本介紹與主要性能

馬氏體不銹鋼是指在室溫下保持馬氏體顯微組織的一種鉻不銹鋼。通常情況下，馬氏體不銹鋼比奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼具有更高的強度，可通過熱處理進行強化，具有良好的力學(xué)性能和高溫抗氧化性。該鋼種在大氣、水和弱腐蝕介質(zhì)如加鹽水溶液、稀硝酸及某些濃度不高的有機酸，在溫度不高的情況下均有良好的腐蝕介質(zhì)。但該鋼種不耐強酸，如硫酸、鹽酸、濃硝酸等的腐蝕，常用于水、蒸汽、油品等弱腐蝕性介質(zhì)。由于鉻不銹鋼可通過熱處理強化，因此為了避免強度過高產(chǎn)生脆性，應(yīng)采用正確的熱處理工藝。

基本介紹

標準的 馬氏體不銹鋼是：403、410、414、416、416(Se)、420、431、440A、440B和440C型，這些 鋼材的耐腐蝕性來自“鉻”，其范圍是從11.5至18%，鉻含量愈高的鋼材需碳含量愈高，以確保在熱處理期間馬氏體的形成，上述三種440型不銹鋼很少被考慮做為需要焊接的應(yīng)用，且440型成份的熔填金屬不易取得。

標準 馬氏體鋼材的改良，含有類如鎳、鉬、釩等的添加元素，主要是用于將標準鋼材受限的容許工作溫度提升至高于1100K，當添加這些元素時，碳含量也增加，隨著碳含量的增加，在焊接物的硬化熱影響區(qū)中避免龜裂的問題變成更嚴重。

性能

馬氏體不銹鋼能在退火、硬化和硬化與回火的狀態(tài)下焊接，無論鋼材的原先狀態(tài)如何，經(jīng)過焊接后都會在鄰近焊道處產(chǎn)生一硬化的馬氏體區(qū)，熱影響區(qū)的硬度主要是取決于母材金屬的碳含量，當硬度增加時，則韌性減少，且此區(qū)域變成較易產(chǎn)生龜裂、預(yù)熱和控制層間溫度，是避免龜裂的最有效方法，為得最佳的性質(zhì)，需焊后熱處理。

馬氏體不銹鋼是一類可以通過熱處理（淬火、回火）對其性能進行調(diào)整的不銹鋼，通俗地講，是一類可硬化的不銹鋼。這種特性決定了這類鋼必須具備兩個基本條件：一是在平衡相圖中必須有 奧氏體相區(qū)存在，在該區(qū)域溫度范圍內(nèi)進行長時間加熱，使碳化物固溶到鋼中之后，進行淬火形成馬氏體，也就是化學(xué)成分必須控制在γ或γ+α相區(qū)，二是要使合金形成耐腐蝕和氧化的 鈍化膜，鉻含量必須在10.5%以上。按合金元素的差別，可分為馬體鉻不銹鋼和馬氏體鉻鎳不銹鋼。

馬氏體鉻不銹鋼的主要合金元素是鐵、鉻和碳。圖1-4是Fe-Cr系相圖富鐵部分，如Cr大于13%時，不存在γ相，此類合金為單相 鐵素體合金，在任何熱處理制度下也不能產(chǎn)生馬氏體，為此必須在內(nèi)Fe-Cr二元合金中加入奧氏體形成元素，以擴大γ相區(qū)，對于馬氏體鉻不銹鋼來說，C、N是有效元素，C、N元素添加使得合金允許更高的鉻含量。在馬氏體鉻不銹鋼中，除鉻外，C是另一個最重要的必備元素，事實上，馬氏體鉻不銹耐熱鋼是一類鐵、鉻、碳 三元合金。當然，還有其他元素，利用這些元素，可根據(jù)SCHAEFFLER圖確定大致的組織。

馬氏體不銹鋼主要為鉻含量在12%-18%范圍內(nèi)的低碳或高碳鋼。各國廣泛應(yīng)用的馬氏體不銹鋼鋼種有如下3類：

1.低碳及中碳13%Cr鋼

2.高碳的18%Cr鋼 3.低碳含鎳（約2%）的17%Cr鋼

馬氏體不銹鋼具備高強度和耐蝕性，可以用來制造機器零件如蒸汽渦輪的葉片（1Cr13）、蒸汽裝備的軸和拉桿（2Cr13），以及在腐蝕介質(zhì)中工作的零件如活門、螺栓等（4Cr13）。碳含量較高的鋼號（4Cr13、9Cr18）則適用于制造醫(yī)療器械、餐刀、測量用具、彈簧等。

與 鐵素體不銹鋼相似，在馬氏體不銹鋼中也可以加入其它合金元素來改進其他性能：1.加入0.07%S或Se改善 切削加工性能，例如1Cr13S或4Cr13Se；2.加入約1%Mo及0.1% V，可以增加9Cr18鋼的耐磨性及耐蝕性；3.加入約1Mo-1W-0.2V，可以提高1Cr13及2Cr13鋼的熱強性。

馬氏體不銹鋼與調(diào)制鋼一樣，可以使用淬火、回火及退火處理。其力學(xué)性質(zhì)與調(diào)制鋼也相似：當硬度升高時，抗拉強度及 屈服強度升高，而伸長率、截面收縮率及沖擊功則隨著降低。

馬氏體不銹鋼的耐蝕性主要取決于鉻含量，而鋼中的碳由于與鉻形成穩(wěn)定的碳化鉻，又間接的影響了鋼的耐蝕性。因此在13%Cr鋼中，碳含量越低，則耐蝕性越高。而在1Cr13、2Cr13、3Cr13及4Cr13四種鋼中，其耐蝕性與強度的順序恰好相反。

不銹鋼牌號分組

200 系列—鉻-鎳-錳 奧氏體不銹鋼

300 系列—鉻-鎳 奧氏體不銹鋼

型號301—延展性好，用于成型產(chǎn)品。也可通過機械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲勞強度優(yōu)于304不銹鋼。

型號302—耐腐蝕性同304，由于含碳相對要高因而強度更好。

型號303—通過添加少量的硫、磷使其較304更易切削加工。

型號304—通用型號；即18/8不銹鋼。GB牌號為0Cr18Ni9。

型號309—較之304有更好的耐溫性。

型號316—繼304之後，第二個得到最廣泛應(yīng)用的鋼種，主要用于食品工業(yè)和外科手術(shù)器材，添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結(jié)構(gòu)。由于較之304其具有更好的抗氯化物腐蝕能力因而也作“船用鋼”來使用。SS316則通常用于核燃料回收裝置。18/10級不銹鋼通常也符合這個應(yīng)用級別。

型號321—除了因為添加了鈦元素降低了材料焊縫銹蝕的風險之外其他性能類似304。

400 系列—鐵素體和馬氏體不銹鋼

型號408—耐熱性好，弱抗腐蝕性，11%的Cr，8%的Ni。

型號409—最廉價的型號（英美），通常用作汽車排氣管，屬鐵素體不銹鋼（鉻鋼）。

型號410—馬氏體（高強度鉻鋼），耐磨性好，抗腐蝕性較差。

型號416—添加了硫改善了材料的加工性能。

型號420—“刃具級”馬氏體鋼，類似布氏高鉻鋼這種最早的不銹鋼。也用于外科手術(shù)刀具，可以做的非常光亮。

型號430—鐵素體不銹鋼，裝飾用，例如用于汽車飾品。良好的成型性，但耐溫性和抗腐蝕性要差。

型號440—高強度刃具鋼，含碳稍高，經(jīng)過適當?shù)臒崽幚磲峥梢垣@得較高屈服強度，硬度可以達到58HRC，屬于最硬的不銹鋼之列。最常見的應(yīng)用例子就是“剃須刀片”。常用型號有三種：440A、440B、440C，另外還有440F（易加工型）。

500 系列—耐熱鉻合金鋼。

600 系列—馬氏體沉淀硬化不銹鋼。

型號630—最常用的沉淀硬化不銹鋼型號，通常也叫17-4；17%Cr，4%Ni。