好久沒(méi)出來(lái)露臉了，你不會(huì)忘記我的。
這么久沒(méi)出來(lái)，主要是因?yàn)樽罱诿?xiàng)目。
此外，還要考慮后續(xù)文章的連續(xù)性，即先寫(xiě)什么，再寫(xiě)什么。
幾天前，一些朋友看到了我朋友圈發(fā)送的五一節(jié)風(fēng)景照片，稱(chēng)贊我，對(duì)我說(shuō)，你已經(jīng)很久沒(méi)有更新日記了，我想你沒(méi)有更新。
我說(shuō)，怎么可能，我會(huì)更新，這個(gè)月會(huì)更新。
這不，今天，我就來(lái)了。
雖然有點(diǎn)晚了，但我想說(shuō)，我想死你。
言歸正傳。
上周五，當(dāng)我選擇潔凈室使用的微導(dǎo)軌時(shí)，其中一個(gè)是材料的選擇。
導(dǎo)軌供應(yīng)商表示，使用馬氏體不銹鋼具有耐腐蝕性，然后表示使用奧氏體不銹鋼具有較高的耐腐蝕性。
我看了看手冊(cè)，找到了以下不銹鋼性能列表，就像導(dǎo)軌供應(yīng)商說(shuō)的一樣。
事實(shí)上，奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼經(jīng)常用于機(jī)械設(shè)計(jì)，因?yàn)樗鼈兙哂辛己玫奈锢砗土W(xué)性能。
例如，常用的奧氏體不銹鋼AISI303和AISI304，彈性模量200Gpa屈服強(qiáng)度約為190Mpa－230Mpa。
常用的馬氏體不銹鋼 AISI420和AISI440C，彈性模量為215Gpa，420淬火和回火熱處理后，屈服強(qiáng)度可達(dá)345Mpa－1420Mpa，440C熱處理后，屈服強(qiáng)度甚至可以達(dá)到1900Mpa。
淬火（Quenching），將工件加熱到奧氏體化的臨界溫度超過(guò)30-50℃保溫后取出，在水或油中快速冷卻。過(guò)去，鐵、鐮刀、砍刀等都會(huì)淬火，使刀具硬而不脆（需要回火）。
為了便于理解和記憶，淬火可以理解為蘸，即將燒紅的金屬元件蘸在水中，就像蘸辣椒醬一樣。蘸金屬有點(diǎn)重。
回火（Tempering），將淬火工件再次加熱至727℃以下是在空氣、油或水中冷卻的過(guò)程中，保溫后取出。回字體現(xiàn)了再次的含義，這是在淬火后，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。
馬氏體不銹鋼系統(tǒng)
奧氏體不銹鋼系統(tǒng)
眾所周知，奧氏體不銹鋼無(wú)磁性，耐腐蝕性好，如剛才提到的303、304、316、202等。
馬氏體不銹鋼具有磁性，但其耐腐蝕性不如奧氏體，如420、440、410、403等。
那么問(wèn)題來(lái)了，什么是奧氏體不銹鋼？什么是馬氏體不銹鋼？為什么磁性和耐腐蝕性不同？應(yīng)用有什么區(qū)別？
這些問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)在我的腦海中，每次我去查詢(xún)，但一段時(shí)間后，我不記得兩者之間的區(qū)別，甚至經(jīng)常逆轉(zhuǎn)馬氏體和奧氏體的性質(zhì)，你有嗎？
所以這兩天我重新梳理了兩者的區(qū)別。今天我就來(lái)分享一下。如果有錯(cuò)誤，歡迎指出，共同進(jìn)步。
既然是奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼，首先什么是奧氏體，什么是馬氏體？
說(shuō)到馬奧體，我想我們必須從純鐵開(kāi)始。
因?yàn)轳R氏體和奧氏體本質(zhì)上是在純鐵的基礎(chǔ)上，在一定溫度下形成不同濃度的碳。
眾所周知，當(dāng)純鐵加熱到熔點(diǎn)1538度以上時(shí)，純鐵變成液體。
純鐵在液體冷卻過(guò)程中，在不同的溫度范圍內(nèi)結(jié)晶成不同組織的晶體。
結(jié)晶是指液體變固體。
晶體是指原子在空間中定期排列的物體。
這里有幾個(gè)關(guān)于晶體的概念，需要釋。
為了便于理解，我打了個(gè)比喻，把原子當(dāng)成蘋(píng)果?，F(xiàn)在我們想給客戶(hù)發(fā)一批蘋(píng)果。我們不會(huì)直接把蘋(píng)果扔在卡車(chē)上，而是先裝箱，每個(gè)盒子都按照一定的規(guī)則放置。一盒一盒的蘋(píng)果是晶胞。
幾盒蘋(píng)果裝滿(mǎn)一輛車(chē)后，稱(chēng)為晶粒。不同尺寸的汽車(chē)可以裝不同數(shù)量的盒子，形成不同尺寸的晶粒。所有的汽車(chē)都裝滿(mǎn)了，運(yùn)輸給客戶(hù)，形成晶體。
所以晶體是由晶粒組成的，晶粒是由這些盒子堆在車(chē)?yán)锏奶O(píng)果組成的，晶胞是由原子組成的。
例如，鐵結(jié)晶成體心的立方結(jié)構(gòu)，從熔點(diǎn)到1394度δ-Fe，從1394到912度，結(jié)晶成面心立方結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為γ-Fe，當(dāng)溫度降至912度以下時(shí)，又有體心立方結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為α-Fe。
晶體結(jié)構(gòu)：體心、面心、密排六方
眾所周知，水可以溶解糖、鹽等易溶物，這叫液溶。
同樣，上述三種溫度范圍的鐵，δ-Fe，γ-Fe，α-Fe，也可溶解碳，但能溶解碳的能力不同，稱(chēng)為固溶。
碳溶于α-Fe稱(chēng)為鐵素體Ferrite=F，或者保持體心立方結(jié)構(gòu)，碳溶于γ-Fe稱(chēng)為奧氏體Austenite＝Au，奧氏體塑性好，易變形，仍有面心立方結(jié)構(gòu)。
但是，因?yàn)棣?Fe原子間隙比α-Fe因此，它能溶解的碳濃度大于α-Fe大。
奧氏體最大溶解2.鐵素體最大溶解01%碳.0218%的碳。
如果碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)兩者的溶解度極限，會(huì)發(fā)生什么？
會(huì)形成化合物Fe3C，稱(chēng)為滲碳體：Cementite，碳含量可達(dá)6.69%。
在這里，我們有奧氏體的概念。
但上述奧氏體在高溫912-1394度之間，如果低于912度，γ-Fe會(huì)向α-Fe因此，單個(gè)奧氏體不存在。
當(dāng)溫度低于727度時(shí)，奧氏體會(huì)與其他組織混合形成新的組織，而我們通常使用的不銹鋼大多在室溫下。
在室溫下，不同濃度的碳溶解在鐵中形成的組織是不同的。
鐵碳相圖
鐵碳相圖微組織
例如，當(dāng)碳含量小于0時(shí).在0218%，在室溫下形成的組織是鐵素體。
當(dāng)含碳量為0.77%時(shí)，室溫下形成的組織是鐵素體和滲碳體的混合物，即珠光體Pearlite，用P表示。
當(dāng)含碳量是4.3%時(shí)，室溫組織是奧氏體和滲碳體的混合物，即萊氏體Ledeburite，用Ld表示。
但沒(méi)有單獨(dú)的奧氏體存在。
奧氏體不銹鋼從何而來(lái)？
說(shuō)到這里，我們不得不談?wù)勌间摰募訜岷屠鋮s過(guò)程。
碳鋼是以鐵和碳為主要成分的合金，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0218%-2.鐵碳合金的11%稱(chēng)為鋼。其中，碳含量小于0.25%的碳鋼叫低碳鋼。碳含量為0.25%-0.6%的碳鋼也叫中碳鋼。碳含量大于0.6%時(shí)，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(hù)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-Li由于強(qiáng)度和密度比大，8090和鈦合金常用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)。
在室溫下，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳鋼在加熱到臨界溫度以上后會(huì)形成奧氏體。奧氏體的一個(gè)特點(diǎn)是，它在不同的溫度范圍或不同的冷卻速度下形成不同的組織。
鐵碳相圖中臨界溫度為A3，Acm和A1線對(duì)應(yīng)的溫度表示不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳在加熱時(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)化為奧氏體。例如，當(dāng)室溫組織為珠光體碳鋼時(shí)，當(dāng)加熱到727度時(shí)，奧氏體開(kāi)始形成。
例如，碳含量為0.77%的碳鋼(又稱(chēng)共析鋼)在727度到560度的臨界溫度下等溫，在560度到560度之間形成珠光體Ms等溫會(huì)形成貝氏體Ms-Mf等溫形成馬氏體。
奧氏體等溫轉(zhuǎn)換圖
奧氏體等溫轉(zhuǎn)換圖可能存在的組織
當(dāng)奧氏體在727-560度之間保溫時(shí)，首先會(huì)在奧氏體晶體邊界（晶粒邊界）形成滲碳體，滲碳體生長(zhǎng)緩慢，使周?chē)膴W氏體缺碳，因此兩側(cè)會(huì)形成鐵素體，形成小珠光體單元，許多小單元擴(kuò)散交錯(cuò)疊加，最終使整個(gè)奧氏體成為珠光體，因此珠光體的基本組織是鐵素體和滲碳體的混合物。
560到奧氏體Ms溫度范圍保溫，首先在奧氏體晶體邊界沉淀過(guò)飽和鐵素體，然后在鐵素體中沉淀小滲碳體，因此貝氏體是過(guò)飽和鐵素體和滲碳體的混合物。
Ms馬氏體開(kāi)始改變溫度，即Martensite Start，碳鋼質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，對(duì)應(yīng)Ms不同，Ms變化在150-310度左右。Mf表示馬氏體轉(zhuǎn)換結(jié)束溫度，即Martensite Finish，也是根據(jù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的量，在-100到50度之間變化。
因?yàn)轳R氏體在Ms－Mf轉(zhuǎn)換溫度低，速度快，只發(fā)生鐵素體晶體結(jié)構(gòu)變化，碳原子沒(méi)有時(shí)間重新分布，保留在馬氏體中，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與母奧氏體相同，因此馬氏體是碳α-Fe過(guò)飽和固溶體。
OK，在這里，我們終于有了馬氏體的概念，奧氏體在這里Ms－Mf由溫度范圍轉(zhuǎn)換形成的組織是碳α-Fe過(guò)飽和固溶體。
當(dāng)然，由于工件在實(shí)際熱處理中經(jīng)常連續(xù)冷卻，而不是保溫，最終常溫組織一般采用冷卻速度進(jìn)行估計(jì)。
奧氏體連續(xù)冷卻圖
例如，退火（Annealing），相當(dāng)于爐冷，冷卻速度很慢，通常是10?5 - 10?3K/s，由于組織在緩慢冷卻的過(guò)程中會(huì)慢慢生長(zhǎng)，因此得到的組織是粗片狀珠光體。
又如正火（Normalizing），在空氣中冷卻，冷卻速度快，得到細(xì)珠光體，又稱(chēng)索氏體，非常小的珠光體稱(chēng)為托氏體。
最后在水中淬火，快速冷卻，得到馬氏體組織，所以淬火的目的是得到馬氏體。
如上所述，馬氏體是碳α-Fe中間的過(guò)飽和固溶體保持了鐵素體的體心立方體結(jié)構(gòu)，但由于內(nèi)部有大量過(guò)飽和碳原子，原子排列擁擠，產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，因此馬氏體具有較高的強(qiáng)度和硬度。如果碳含量增加，強(qiáng)度和硬度也會(huì)增加，但會(huì)變得非常脆弱，必須回火以消除內(nèi)應(yīng)力。
說(shuō)到這里，我覺(jué)得有必要談?wù)勍嘶鸷驼馃崽幚淼暮x。
退火（Annealin g），就是將工件加熱到臨界點(diǎn)，也就是相圖中的A1，A3，Acm線以上，或者在臨界點(diǎn)以下某一溫度保溫一定時(shí)間后，十分緩慢地冷卻的過(guò)程，例如爐冷，坑冷等，目的是改善組織，細(xì)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(shí)不能太急，必須慢慢來(lái)，才能見(jiàn)效，就像人上火了，可以通過(guò)喝茶慢慢降火一樣。
正火（Normalizing）,和退火有點(diǎn)類(lèi)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(xì)化組織，適當(dāng)提高硬度和強(qiáng)度，可加工性等。
正火，從單詞Normalize演化而來(lái)，可以理解為正?；?，什么叫正常化，在空氣中冷卻就叫正?；?yàn)樵跔t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(yù)備熱處理，而高碳鋼一般用退火做預(yù)備熱處理，因?yàn)樘己扛?，硬度也高，不容易加工，退火以降低硬度，提高加工性能?/p>
OK，到這里，我們終于把馬氏體和奧氏體的來(lái)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(shuō)過(guò)，在室溫下，奧氏體不單獨(dú)存在，且其在鋼中的成分不高，所以不能稱(chēng)為奧氏體鋼。
但是，當(dāng)鋼中加入某些足夠多的合金元素時(shí)，就會(huì)擴(kuò)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?shī)W氏體鋼，其實(shí)是一種合金鋼。
為什么要在碳鋼中加入合金元素呢？
因?yàn)樘间撾m然有良好的力學(xué)和加工性能，價(jià)格也便宜，但是它存在不容易完全淬透，強(qiáng)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(bǔ)這些缺點(diǎn)，所以實(shí)際工程中，大量使用的是合金鋼。
當(dāng)然，并不是每一種合金元素都使得奧氏體區(qū)域擴(kuò)大，有的合金元素的加入會(huì)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(dāng)加入的鉻元素達(dá)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(chēng)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?yàn)榻M織的不同，而形成的微電池?cái)?shù)量，從而也就提高了抗電化學(xué)腐蝕的能力。
什么是電化學(xué)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(wú)數(shù)個(gè)微電池。α電位低，形成微電池的陽(yáng)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(lái)制作散熱器的黃銅，是銅鋅合金，使用中容易脫鋅，因?yàn)殂~的電極電位比鋅的電位高，所以，一般會(huì)加入鋁，硅，鎳等微量元素，防止脫鋅。
同時(shí)，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(lèi)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?yàn)楹辖鹪貑我?，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?shī)W氏體不銹鋼的耐腐蝕能力比馬氏體不銹鋼高，如果對(duì)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(wèn)題，為什么奧氏體不銹鋼沒(méi)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(méi)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(méi)有磁性或者僅有弱磁性。
如果你有很好的解釋?zhuān)矚g迎在下面留言探討。
有時(shí)奧氏體呈現(xiàn)磁性，一般有兩個(gè)原因。
一是由于冶煉時(shí)成分偏析或熱處理不當(dāng)，會(huì)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(guò)冷加工，組織結(jié)構(gòu)也會(huì)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(duì)于不銹鋼的應(yīng)用，我們用得最多的還是303和304，但是因?yàn)?04相對(duì)于303來(lái)說(shuō)，可加工性差點(diǎn)，因?yàn)?04粘刀具，所以用303的時(shí)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1mm，1.5mm，2mm和3mm。當(dāng)然，有時(shí)候只做遮蓋用時(shí)，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?yàn)橛袝r(shí)候工件太大了，303和304原材料沒(méi)那么大，就換成420的加工，不過(guò)都要做表面處理，如鍍鋅鍍鉻等，以防止生銹。
420和440C因?yàn)樽稣{(diào)質(zhì)后（淬火加高溫500-650度回火），屈服強(qiáng)度很高，所以也常常用于對(duì)于強(qiáng)度要求高的設(shè)計(jì)中，例如我之前提到的，機(jī)器人快換裝置中的柔性定位銷(xiāo)。
鴨，夜深了，明天還要工作，今天就寫(xiě)到這里吧。
洗洗睡了。
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