马氏体奥氏体铁素体

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1、工业上应用的不锈钢按金相组织可分为三大类：铁素体不锈钢，马氏体不锈钢，奥氏体不锈钢。可以把这三类不锈钢的特点归纳(如下表) ，但需要说明的是马氏体不锈钢并不是都不可焊接，只是受某些条件的限制，如焊前应预热焊后应作高温回火等，而使焊接工艺比较复杂。实际生产中一些马氏体不锈钢如 1Cr13,2Cr13 以及 2Cr13 与 45 钢焊接还是比较多的。不锈钢的分类、主要成分及性能比较, 5 E* ! L$ W8 a$ L8 分类 大概成分 （%） 淬火性 耐蚀性 加工性 可焊接性 磁性C Cr Ni铁素体系 035 以下 16-27 - 无 佳 尚佳 尚可 有; p+ S+ o1 X6 j马氏体系

2、120 以下 11-15 - 自硬性 可 可 不可 有( Y0 : k! + O% _2 L6 0 w9 D奥氏体系 025 以下 16 以上 7 以上 无 优 优 优 无& U0 9 S# V/ F* & G& T以上分类仅是按钢的基体组织分的，由于钢中稳定奥氏体及形成铁素体的元素的作用不能互相平衡，以及由于大量的铬使平衡图 S 点左移，工业中应用的不锈钢的组织除了上面讲的三种基本类型以外，还有马氏体 铁素体，奥氏体铁素体，奥氏体马氏体等过渡型的复相不锈钢，以及具有马氏体碳化物组织的不锈钢。/ l+ G 4 1 I r* g5 2-1.铁素体钢+ J+ o+ L1 % z4 A% o: t9

3、 V含铬大于 14的低碳铬不锈钢，含铬大干 27的任何含碳量的铬不锈钢，以及在上述成分基础上再添加有钼、钛、铌、硅、铝、 、钨、钒等元素的不锈钢，化学成分中形成铁素体的元素占绝对优势，基体组织为铁素。这类钢在淬火（固溶）状态下的组织为铁素体，退火及时效状态的组织中则可见到少量碳化物及金属间化合物。 H R3 E. l- i/ C; I. P属于这一类的有 Crl7、Cr17Mo2Ti 、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28 等。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。2-2.铁素休马氏体钢& z Z( _7

4、 c! H5 w6 U Z这类钢在高温时为 y+a（或 ）两相状态，快冷时发生 y-M 转变，铁素体仍被保留，常温组织为马氏体和铁素体,由于成分及加热温度的不同，组织中的铁素体量可在百分之几至几十的范围内变化。0Crl3 钢，lCrl3 钢，铬偏上限而碳偏下限的 2Cr13 钢，Cr17Ni2 钢，Cr17wn4 钢，以及在 ICrl3 钢基础上发展起来的许多改型 12铬热强钢（这类钢也叫做耐热不锈钢）中的许多钢号，如 Cr11MoV，Cr12WMoV， Crl2W4MoV，18Crl2WMoVNb 等均属干这一类。铁素体 马氏体钢可以部分地接受淬火强化，故可获得较高的机械性能。但它们的机械性

5、能与工艺性能在很大程度上受组织中铁素体的含量及分布形态的影响。这类钢按成分中的含铬量分属 1214 与 1518两个系列。前者具有抵抗大气及弱腐蚀性介质的能力，并且具有良好的减震性及较小的线膨胀系数；后者的耐腐蚀性能与相同含铬量的铁素体耐酸钢相当，但在一定程度上也保留着高铬铁素体钢的某些缺点。8 M- g2 t1 O: B0 o2 q7 m2-3.马氏体钢这类钢在正常淬火温度下处在 y 相区，但它们的 y 相仅在高温时稳定，M 点一般在 3OO左右，故冷却时转变为马氏体。4 z( o% Y+ u7 C X这类钢包括 2Cr13,2Cr13Ni2,3Cr13 以及部分改型 12铬热强钢，如 13

6、Cr14NiWVBA，Cr11Ni2MoWVB 钢等。马氏体不锈钢的机械性能、耐腐蚀性能、工艺性能与物理性能，均和含铬 1214 的铁素体 -马氏体不锈钢相近。由于组织中没有游离的铁素体，机械性能比上述钢要高，但热处理时的过热敏感性较低。 T6 v G$ c; B: S* H2-4.马氏体 碳化物钢FeC 合金的并析点的含碳为 0.83，在不锈钢中由于铬使 S 点左移，含 12铬和大于 0.4碳的钢（图 11-3） ，以及含 18铬和大于 0.3碳的钢（图卜）3）均属于过共析钢。这类钢在正常淬火温度加热，次生碳化物不能完全溶于奥氏体，因此淬火后的组织为马氏体和碳化物组成。属于这一类的不锈钢牌号

7、不多，却是一些含碳比较高的不锈钢，如 4Crl3、9Cr18、9Crl8MoV 、9Crl7MoVCo 钢等，含碳量偏上限的 3Crl3 钢在较低的温度下淬火，也可能出现这样的组织。由于含碳量高,上述 9Cr18 等三个钢号中虽含有较多的铬，但其耐腐蚀性能仅与含 1214 锗的不锈钢相当。这类钢的主要用途是要求高硬及耐磨的零件，如切削工具、轴承、弹簧及医疗器械等。, K% e9 B , x0 8 M n& D2 P# N( h* Q7 j4 ! B4 w2-5.奥氏体钢这类钢含有较多扩大 y 区和稳定奥氏体的元素，在高温时为均为 y 相，冷却时由于 Ms 点在室温以下，所以在常温下具有奥氏体组

8、织。 18-8， 1812 、25-20、20-25Mo 等铬镍不锈钢，以锰代替部分镍并加氮的低镍不锈钢如Cr18Mnl0Ni5,Cr13Ni4Mn9, Cr17Ni4Mn9N,Cr14Ni3Mnl4Ti 钢等均属于这一类。奥氏体不锈钢具有前已述及的许多优点，虽然机械性能也比较低，和铁素体不锈钢 样不能热处理强化，但可以通过冷加工变形的方法，利用加工硬化作用提高它们的强度。 这类钢的缺点是对晶间腐蚀及应力腐蚀比较敏感，需通过适当地合金添加剂及工艺措施消除。; F# F3 s) Y) v+ v6 v-6.奥氏体铁素体钢这类钢因扩大 y 区和稳定奥氏体元素的作用程度，不足以使钢在常温或很高的温度下

9、具有纯奥氏体组织，因此为奥氏体铁素体复相状态，其铁素体量也因成分及加热温度不同而可在较大的范围内变化。属于这一类的不锈钢很多，如低碳的 188 铬镍钢，加钛、铌、钼的 18 8 铬镍钢，特别是在铸钢的组织中均可见到铁素体，此外含铬大于 1415而碳低于 02 的铬锰不锈钢（如 Cr17Mnll） ，以及目前研究的和已获得应用的大多数铬锰氮不锈钢等。与纯奥氏体不锈钢比较，这类钢的优点很多，如屈服强度较高，抗晶间腐蚀的能力较高，应力腐蚀的敏感性低，焊接时产生热裂纹的倾向小，铸造流动性好等等。缺点是压力加工性能较差，点腐蚀倾向较大，易产生 c 相脆性，在强磁场作用下表现出弱磁性等。所有这些优点和缺点

10、均来源于组织中的铁素体。0 M: R- ?4 V M6 Q6 T9 e# G, & C3 I2-7.奥氏钵马氏体钢 1 N - ; r0 c; B t9 |这类钢的 Ms 点低于室温，固溶处理以后为奥氏体组织，易于成形和焊接。通常可用两种工艺方法使之发生马氏体转变。一是固溶处理以后经 700800 度加热，奥氏体因析出碳化铬而转变为介稳定状态，Ms 点升高至室温以上，冷却时转变为马氏体；二是固溶处理以后直接冷却至 Ms 与 Mf 点之间，使奥氏体转变为马氏体。后一方法可获得较高的耐腐蚀性能，但固溶处理以后至深冷的间隔时间不宜过久，否则会因奥氏体的陈化稳定作用而使深冷的强化效应降低。经上述处理以

11、后钢再经 400500 度时效，使析出金属间化合物进 步强化。这类钢的典型钢号有 17Cr 一 7Ni 一A1、15Cr9NiA1,17Cr 5Ni Mo、15Cr-8NiMo 一 A1 等等。这类钢也称为奥氏体马氏体时效不锈钢，并因为实际上这些钢的组织中除奥氏体和马氏体以外，还存在不同数量的铁素体，故也称为半奥氏体沉淀硬化不锈钢。这类钢是 50 年代后期发展和应用的新型不锈钢，它们总的特点是强度高（C 可达 100 一 150）及热强性好，但由于含铬量较低并在热处理时有碳化铬析出，因此耐腐蚀性能比标准的奥氏体不锈钢要低一些。也可以说这类钢的高强度是在牺牲一部分耐腐蚀性能与其他性能（如非磁性）

12、的情况下获得的，目前这类钢主要用于航空工业及火箭导弹生产方面，一般机械制造中应用尚不普遍，并且在分类上也有把它们纳为超高强度钢的一个系列。铁素体不锈钢和马氏体不锈钢热处理工艺有何特点？淬火处理和固溶处理的区别：二者均为加热保温后快速冷却，但淬火后强度、硬度、耐磨性升高，而固溶处理后强度、硬度、耐磨性下降。固溶处理后再时效处理才可使强度、硬度、耐磨性升高。铁素体不锈钢经热处理不能增加其硬度，只能采用固溶处理的方法来使不锈钢材料里的合金元素能充分的溶进基体的铁素体、奥氏体里，这样的话整体的性能就一致了；而马氏体则可以经过热处理增加其硬度，调整其力学性能的不锈钢。马氏体不锈钢加热后是为了得到较多或完

13、全的奥氏体,让碳化物充分溶解而晶粒又不过分粗大 ,一般采用油冷淬火,回火后得到回火索氏体,综合性能比较好.而铁素体不锈钢在加热和冷却时不发生相变 ,粗大的组织只能通过压力加工碎化,而不能通过热处理改变,一般在退火状态下使用 . 铁素体与马氏体根本的不同处？铁素体(ferrite，缩写：FN，用 F 表示）即 -Fe 和以它为基础的固溶体，具有体心立方点阵。纯铁在 912以下为具有体心立方晶格的 -Fe。碳溶于 -Fe 中的间隙固溶体称为铁素体，以符号 F 表示。由于 -Fe 是体心立方晶格结构，它的晶格间隙很小，因而溶碳能力极差，在 727时溶碳量最大，可达 0.0218, 随着温度的下降溶碳量逐渐减小，在600时溶碳量约为 0.0057，在室温时溶碳量几乎等于零。因此其性能几乎和纯铁相同马氏体（M）是碳溶于 -Fe 的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。关键就在溶碳的不同，马氏体是奥氏体急冷时里面大量的碳来不及析出而被固溶在基体内形成的，晶格是有畸变的。铁素体内溶的碳很少。另外铁素体 770有磁性。