好久沒出來露臉了，你不會把我忘了吧。
這么久沒出來，主要是因為最近在忙項目。
另外，就是在考慮后續(xù)文章的連續(xù)性，就是先寫什么，再寫什么的問題。
前幾天，還有朋友看到我朋友圈發(fā)的五一風景照，贊美了一下，對我說，你很久沒更新日記了，我以為你不更新了。
我說，怎能呢，我會更新的，這個月就更新。
這不，今天，我就來了。
雖然有點晚，但是，我想說，我想死你了。
哈，言歸正傳。
上周五，我在選擇潔凈房使用的微型導軌時，其中有一項是材料的選擇。
導軌供應(yīng)商說，使用馬氏體不銹鋼，具有抗蝕功效，然后又說，使用奧氏體不銹鋼，具有高抗蝕功效。
我隨手翻閱了一下手冊，找到了如下的不銹鋼性質(zhì)列表，和導軌供應(yīng)商說的一摸一樣。
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其實，在機械設(shè)計中，我們經(jīng)常會用到奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼，因為它們具有良好的物理和力學性能。
例如，常用的奧氏體不銹鋼AISI303和AISI304，其彈性模量在200Gpa左右，屈服強度在190Mpa－230Mpa。
而常用的馬氏體不銹鋼 AISI420和AISI440C，彈性模量為215Gpa，其中420淬火和回火熱處理后，屈服強度可達345Mpa－1420Mpa，440C熱處理后，屈服強度甚至可以達到1900Mpa。
淬火（Quenching），就是把工件加熱到奧氏體化的臨界溫度以上30-50℃，保溫后取出，在水或者油中極速冷卻的過程。以前打鐵，做鐮刀，砍刀等都會用淬火，使得刀具硬而不易脆斷（需要回火）。
為了方便理解和記憶，淬可以理解為蘸，就是將燒紅的金屬元件，到水里蘸一下，就像蘸辣椒醬，蘸金屬這口味有點重。
回火（Tempering），就是把淬火后的工件再次加熱到727℃以下，保溫后取出，在空氣，油或水中冷卻的過程?；刈煮w現(xiàn)了再次的意思，這個再次是在淬火以后，一般淬火后都需要做回火，以消除內(nèi)應(yīng)力，使組織穩(wěn)定。
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馬氏體不銹鋼體系
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奧氏體不銹鋼體系
我們知道，奧氏體不銹鋼沒有磁性，有很好的抗腐蝕性能，如剛才提到的303，304，還有316，202等不銹鋼。
而馬氏體不銹鋼有磁性，但是其抗腐蝕能力沒有奧氏體好，如420，440，410，403等不銹鋼。
那么問題來了，什么是奧氏體不銹鋼？什么是馬氏體不銹鋼？為什么兩者磁性和抗腐蝕能力不一樣？應(yīng)用上有什么差別?
這幾個問題，經(jīng)常在我腦海中閃現(xiàn)，每一次我都去翻閱查詢，但是過一段時間后，我又不記得兩者有什么區(qū)別了，甚至常常把馬氏體和奧氏體性質(zhì)弄反，你有沒有？
所以這兩天，我重新梳理了一下這兩者的區(qū)別。今天我就來分享一下，如果有說得不對的地方，也歡迎你指出，一起進步。
既然是奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼，那么首先，什么是奧氏體，什么是馬氏體？
說起馬奧體，我覺得不得不從純鐵開始說起。
因為無論是馬氏體，還是奧氏體，本質(zhì)都是在純鐵的基礎(chǔ)之上，參入不同濃度的碳，在一定溫度下形成的。
我們知道，當把純鐵加熱到熔點1538度以上時，純鐵變成了液體。
而在純鐵以液態(tài)開始冷卻的過程中，在不同的溫度范圍內(nèi)，會結(jié)晶成具有不同組織的晶體。
結(jié)晶是指液體變固體。
晶體，是指其原子在空間有規(guī)律排列的物體。
關(guān)于晶體，這里有幾個概念，需要說明一下。
為了便于理解，我打個比喻，把原子看成蘋果，現(xiàn)在要給客戶發(fā)一批蘋果，我們不會直接把蘋果仍在卡車上，而是要先裝箱，而且每一箱都按照一定的規(guī)律放置蘋果，一箱一箱的蘋果就是一個晶胞。
若干箱蘋果裝滿一車后，就叫晶粒，不同大小的車，能夠裝下不同數(shù)目的箱子，組成不同大小的晶粒，所有車裝滿，全部運輸?shù)娇蛻裟抢?，就組成了晶體。
所以晶體就是由晶粒組成的，晶粒就是由這些一箱一箱堆在車上的蘋果組成的，而晶胞是由原子組成的。
例如，從熔點到1394度之間，鐵結(jié)晶成體心立方結(jié)構(gòu)，叫δ-Fe，在1394到912度之間，結(jié)晶成面心立方結(jié)構(gòu)，叫γ-Fe，當溫度降至912度以下后，又具有體心立方結(jié)構(gòu)，稱為α-Fe。
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晶體結(jié)構(gòu)：體心，面心，密排六方
我們知道，水可以溶解糖，鹽等易溶物，這叫液溶。
同樣地，上述三種溫度區(qū)間的鐵，δ-Fe，γ-Fe，α-Fe，也可以溶解碳，只不過能夠溶解碳的能力是不一樣的，這叫固溶。
碳溶于α-Fe稱為鐵素體Ferrite=F，還是保持體心立方結(jié)構(gòu)，碳溶于γ-Fe稱為奧氏體Austenite＝Au，仍然具有面心立方結(jié)構(gòu)，奧氏體塑性很好，容易變形。
但是，因為γ-Fe原子間隙比α-Fe大，所以它能夠溶解的碳濃度要比α-Fe大。
奧氏體中最大溶解2.11%的碳，鐵素體最大溶解0.0218%的碳。
如果碳的質(zhì)量分數(shù)超過了兩者的溶解度極限，會發(fā)生什么呢？
會形成化合物Fe3C，稱為滲碳體：Cementite，其含碳量可達到6.69%。
好了，到這里，我們有了奧氏體的概念。
但是，上面所說的奧氏體，是在高溫912-1394度之間，如果是在912度以下，γ-Fe會向α-Fe的轉(zhuǎn)變，所以單獨的奧氏體不存在了。
當溫度低于727度時，奧氏體會和其他組織混合，形成新的組織，而我們平時用的不銹鋼，大都在常溫下。
常溫下，不同濃度的碳溶于鐵中形成的組織，是不一樣的。
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鐵碳相圖
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例如，當含碳量小于0.0218%時，在室溫下形成的組織是鐵素體。
當含碳量為0.77%時，在室溫下形成的組織，是鐵素體與滲碳體的混合物，即珠光體Pearlite，用P表示。
當含碳量是4.3%時，室溫下組織是奧氏體與滲碳體的混合物，即萊氏體Ledeburite，用Ld表示。
但是沒有單獨的奧氏體存在。
所以，奧氏體不銹鋼從何而來？
說到這里，不得不說起碳鋼的加熱并冷卻的轉(zhuǎn)變過程。
碳鋼是以鐵和碳為主要成分的合金，把碳的質(zhì)量分數(shù)為0.0218%-2.11%的鐵碳合金叫鋼。其中，含碳量小于0.25%的碳鋼叫低碳鋼。含碳量為0.25%-0.6%的碳鋼又叫中碳鋼。含碳量大于0.6%時，叫高碳鋼。
合金是指一種金屬元素和其他元素結(jié)合在一起，形成有金屬特性的物質(zhì)。例如，家里的鋁合金窗戶是鋁與鎂及硅組成的合金，廚房水龍頭主體一般是銅合金，主要是銅與鋅，還含有少量的鉛。
像鋰鋁合金AL-Li8090，及鈦合金因為強度和密度的比值大，常常用于飛機結(jié)構(gòu)中。
室溫下，不同質(zhì)量分數(shù)的的碳鋼，將其加熱到臨界溫度以上后，就會形成奧氏體，這個奧氏體有個特點，就是它在不同的溫度范圍等溫，或者是在不同的冷卻速度下冷卻，會形成成不同的組織。
臨界溫度就是鐵碳相圖中的A3，Acm和A1線對應(yīng)的溫度，表示不同質(zhì)量分數(shù)的碳，加熱時，開始轉(zhuǎn)變成奧氏體的溫度，例如室溫組織是珠光體的碳鋼，加熱到727度時，開始形成奧氏體。
例如，對于含碳量為0.77%的碳鋼（也叫共析鋼），在臨界溫度727度到560度之間等溫，會形成珠光體，在560度到Ms之間等溫會形成貝氏體，在Ms-Mf之間等溫就形成馬氏體。
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當奧氏體在727-560度之間保溫時，首先會在奧氏體晶界處（晶粒交界處）形成滲碳體，滲碳體慢慢長大，使得周圍的奧氏體缺碳，于是在其兩側(cè)又會形成鐵素體，這樣就組成了一個珠光體小單元，很多小單元擴散交錯疊加，最后使得整個奧氏體變?yōu)橹楣怏w，所以珠光體的基本組織是鐵素體和滲碳體的混合物。
把奧氏體在560到Ms溫度區(qū)間保溫，首先在奧氏體晶界處析出過飽和的鐵素體，然后在鐵素體中析出細小的滲碳體，所以，貝氏體是過飽和鐵素體和滲碳體的混合物。
Ms是馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度，即Martensite Start，不同質(zhì)量分數(shù)的碳鋼，對應(yīng)的Ms不同，Ms在150－310度左右變化。Mf表示馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度，即Martensite Finish，也是一個根據(jù)碳質(zhì)量分數(shù)而變化的量，在-100到50度之間變化。
因為馬氏體在Ms－Mf之間轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變溫度低，速度快，只發(fā)生鐵素體的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，碳原子來不及重新分布，被保留在馬氏體中，其碳的質(zhì)量分數(shù)和母奧氏體相同，所以馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和固溶體。
OK，到這里，我們終于有了馬氏體的概念，它是奧氏體在Ms－Mf溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變形成的一種組織，是碳在α-Fe中的過飽和固溶體。
當然，因為工件實際熱處理時，常常被連續(xù)冷卻，而不是保溫，所以一般用冷卻速度來估計最后的常溫組織。
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共析鋼的奧氏體連續(xù)冷卻圖
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又如正火（Normalizing），在空氣中冷卻，冷卻速度較快，得到細片狀珠光體，也叫索氏體，極細小的珠光體叫托氏體。
最后在水中淬火，快速冷卻，得到馬氏體組織，所以淬的目的，就是得到馬氏體。
上面說了，馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和固溶體，所以它保持了鐵素體的體心立方結(jié)構(gòu)，但是因為內(nèi)部有大量過飽和的碳原子，使得原子排列擁擠，產(chǎn)生了較大的內(nèi)應(yīng)力，所以馬氏體有較高的強度和硬度，如果含碳量增高，強度和硬度也增加，但會變得很脆，必須回火消除內(nèi)應(yīng)力，才能使用。
說到這里，我覺得有必要說一下退火和正火熱處理的含義。
退火（Annealing），就是將工件加熱到臨界點，也就是相圖中的A1，A3，Acm線以上，或者在臨界點以下某一溫度保溫一定時間后，十分緩慢地冷卻的過程，例如爐冷，坑冷等，目的是改善組織，細化晶粒，降低硬度，改善加工性能，減小應(yīng)力等。
退火可以理解為退去工件內(nèi)部的“火”，金屬和人一樣也有火，比如內(nèi)部的熱應(yīng)力就是一種火。退火時不能太急，必須慢慢來，才能見效，就像人上火了，可以通過喝茶慢慢降火一樣。
正火（Normalizing）,和退火有點類似，不同的是，正火是在空氣中冷卻，冷卻速度要快一些，目的是細化組織，適當提高硬度和強度，可加工性等。
正火，從單詞Normalize演化而來，可以理解為正?；裁唇姓；?，在空氣中冷卻就叫正?；?，因為在爐中或者在水中冷卻，都是人為控制，而在空氣中冷卻不需要人為控制，可以看成是正常冷卻。
所以，正火要比退火便宜。
應(yīng)用上，低碳鋼和低碳合金鋼，常以正火做預備熱處理，而高碳鋼一般用退火做預備熱處理，因為碳含量高，硬度也高，不容易加工，退火以降低硬度，提高加工性能。
OK，到這里，我們終于把馬氏體和奧氏體的來歷給弄清楚了，但是什么又是奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼呢？
從奧氏體和馬氏體得到奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼，還需要一步。
哪一步呢？
上面說過，在室溫下，奧氏體不單獨存在，且其在鋼中的成分不高，所以不能稱為奧氏體鋼。
但是，當鋼中加入某些足夠多的合金元素時，就會擴大奧氏體相區(qū)，例如加入9%的鎳，或者13%的錳等，則可使A3線下降，使得奧氏體穩(wěn)定在室溫，形成奧氏體鋼。
所以奧氏體鋼，其實是一種合金鋼。
為什么要在碳鋼中加入合金元素呢？
因為碳鋼雖然有良好的力學和加工性能，價格也便宜，但是它存在不容易完全淬透，強度不夠高，不具有耐腐蝕，耐高溫，耐磨等特殊性能。
合金元素的加入，剛好可以彌補這些缺點，所以實際工程中，大量使用的是合金鋼。
當然，并不是每一種合金元素都使得奧氏體區(qū)域擴大，有的合金元素的加入會減小奧氏體區(qū)域，甚至使奧氏體區(qū)域消失。
例如，Si、Cr、AL、Ti等的加入，當加入的鉻元素達到17%-28%，常溫下奧氏體區(qū)域消失，鋼在室溫下呈單相鐵素體組織，稱為鐵素體鋼。
那么，什么是奧氏體不銹鋼呢？為什么不生銹？
奧氏體不銹鋼是在低碳鋼的基礎(chǔ)上，加入了17%-25%的鉻元素，和8%-29%的鎳元素，例如典型的18-8型奧氏體不銹鋼，就是鉻≥18%，鎳≥8%的合金鋼。
鎳元素的加入使鋼在常溫下呈單相奧氏體組織，減少了金屬內(nèi)部因為組織的不同，而形成的微電池數(shù)量，從而也就提高了抗電化學腐蝕的能力。
什么是電化學腐蝕？例如，鋼中的珠光體是鐵素體α和滲碳體F3C層片相間的組織，在硝酸酒精溶液中，構(gòu)成無數(shù)個微電池。α電位低，形成微電池的陽極，不斷析出鐵離子，也就是被腐蝕，F(xiàn)3C電位高，形成微電池的陰極，把電子傳給溶液中氫離子，形成氫氣。
電位越高越不容易被腐蝕，例如用來制作散熱器的黃銅，是銅鋅合金，使用中容易脫鋅，因為銅的電極電位比鋅的電位高，所以，一般會加入鋁，硅，鎳等微量元素，防止脫鋅。
同時，鉻元素的加入，提高了基體的電極電位，并在鋼的表層形成了致密的氧化膜Cr2O3，從而使得鋼在一定的介質(zhì)中不容易生銹，所以叫奧氏體不銹鋼。
類似地，在含碳量為0.1%-1%的碳鋼中，加入12%-18%的鉻，并空冷可以形成馬氏體不銹鋼。
因為合金元素單一，馬氏體不銹鋼只在非氧化介質(zhì)中，例如大氣，水蒸氣中有較好的耐腐蝕性能，而在非氧化介質(zhì)中，例如鹽酸溶液中，耐腐蝕能力變得很低。
所以奧氏體不銹鋼的耐腐蝕能力比馬氏體不銹鋼高，如果對耐腐蝕能力有要求，最好選用奧氏體不銹鋼。
到這里，我們終于清楚奧氏體和馬氏體不銹鋼的概念了。
但是，回到我們最初還剩下的問題，為什么奧氏體不銹鋼沒有磁性？而馬氏體不銹鋼有磁性呢？
按照磁鐵吸鐵的原理，是馬氏體和鐵素體能夠被磁化，而奧氏體不能被磁化。
但是更近一步，為什么呢，我查閱了很多資料，到目前，沒有看到很好的解釋。
反正結(jié)果就是馬氏體和鐵素體有磁性，但是奧氏體沒有磁性或者僅有弱磁性。
如果你有很好的解釋，也歡迎在下面留言探討。
有時奧氏體呈現(xiàn)磁性，一般有兩個原因。
一是由于冶煉時成分偏析或熱處理不當，會造成奧氏體不銹鋼中有少量馬氏體或鐵素體組織存在。
另外，奧氏體不銹鋼經(jīng)過冷加工，組織結(jié)構(gòu)也會向馬氏體轉(zhuǎn)化，冷加工變形度越大，馬氏體轉(zhuǎn)化越多，鋼的磁性也越大。
對于不銹鋼的應(yīng)用，我們用得最多的還是303和304，但是因為304相對于303來說，可加工性差點，因為304粘刀具，所以用303的時候更多。
另外，我們的鈑金件，一般是用304鋼板彎折的，用得最多的厚度是從1mm，1.5mm，2mm和3mm。當然，有時候只做遮蓋用時，也用鋁板彎折，并做發(fā)黑表面處理，防止生銹。
420的應(yīng)用也比較多，因為有時候工件太大了，303和304原材料沒那么大，就換成420的加工，不過都要做表面處理，如鍍鋅鍍鉻等，以防止生銹。
420和440C因為做調(diào)質(zhì)后（淬火加高溫500-650度回火），屈服強度很高，所以也常常用于對于強度要求高的設(shè)計中，例如我之前提到的，機器人快還裝置中的柔性定位銷。
鴨，夜深了，明天還要工作，今天就寫到這里吧。
洗洗睡了。
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|譬如朝露發(fā)表于 05-21 01:24看了這么多，我就只記住一個叫不銹鋼，一個叫不銹鐵。不銹鋼耐腐蝕性能好，無磁性。不銹鐵耐腐蝕性能差些，有磁性。腐蝕。磁性就跟這鐵字有關(guān)，好記
|祺哈哈哈發(fā)表于 05-21 07:05我覺得樓主應(yīng)該進一步講一講沉淀硬化等的概念，例如17-7PH，
|babty發(fā)表于 05-21 08:33感覺說的很詳細，卻不能靜下心來好好研讀。
|紹興振騰醫(yī)療發(fā)表于 05-21 09:57好文章，謝謝分享
|小蔡發(fā)表于 05-21 10:05這是論文嗎，不過收藏了，需要的時候再細看。
|shentu發(fā)表于 05-21 11:02概念太多，涉及的基礎(chǔ)知識太多，很長，看完了，卻沒抓住重點。。對于奧氏體，馬氏體，如果不是熱處理專業(yè)的，真沒必要了解那么多，正如外行人看機械人一樣，他僅需知道受力大的要用鐵（鋼），不受力的可以用塑料就行了。。<br>% A3 O% a; i( n
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但很難想像導軌居然有奧氏體型的？抽屜那種簡易型的？我所接觸到的導軌，線軌，不銹鋼材質(zhì)的，全是4系列的馬氏體型的，經(jīng)過熱處理。<br>. @8 V7 x6 J4 l7 g8 I+ p( W
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奧氏體馬氏體其實也好記，含碳高的，可以淬火加強的（可以用來做菜刀），那就馬氏體。奧氏體就是不能淬火加強的，不能用來做菜刀（哪怕做了，也不敢砍，切菜也很容易變鈍，不適合中式菜刀）。
羅羅日記 發(fā)表于 2020-5-21 12:31
確實有奧氏體導軌，不過你說的記憶方法很有用
|Yu10223發(fā)表于 05-21 13:37哈哈，最近也在研究這個，好貼
|李邈發(fā)表于 05-21 13:45學到了學到了
|絕路決路發(fā)表于 05-21 13:45好文章，謝謝分享
|shentu發(fā)表于 05-21 11:02概念太多，涉及的基礎(chǔ)知識太多，很長，看完了，卻沒抓住重點。。對于奧氏體，馬氏體，如果不是熱處理專業(yè)的，真沒必要了解那么多，正如外行人看機械人一樣，他僅需知道受力大的要用鐵（鋼），不受力的可以用塑料就行了。。<br>
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但很難想像導軌居然有奧氏體型的？抽屜那種簡易型的？我所接觸到的導軌，線軌，不銹鋼材質(zhì)的，全是4系列的馬氏體型的，經(jīng)過熱處理。<br>- A O& F8 C5 N1 x3 V8 L4 Z4 p
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奧氏體馬氏體其實也好記，含碳高的，可以淬火加強的（可以用來做菜刀），那就馬氏體。奧氏體就是不能淬火加強的，不能用來做菜刀（哪怕做了，也不敢砍，切菜也很容易變鈍，不適合中式菜刀）。
|夢里啥都有發(fā)表于 05-21 13:50有意思 樓主是個細心的人
|liu20668發(fā)表于 05-21 13:55學習了，謝謝分享。樓主應(yīng)該查閱了大量的英文文章。
羅羅日記 發(fā)表于 2020-5-21 08:48+ l3 j1 Y b, ?1 i) P# u
哈，為了寫這篇文章，我可花了不少時間，閱讀，收集圖片，寫成文，修改，再修改，最后才發(fā)布出來
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