什么是奥氏体不锈钢？什么是马氏体不锈钢？两者有什么区别

　　什么是奥氏体不锈钢？什么是马氏体不锈钢？两者有什么区别，有哪些应用？

　　其实，在机械设计中，我们经常会用到奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢，因为它们具有良好的物理和力学性能。

　　而常用的马氏体不锈钢AISI420和AISI440C，弹性模量为215Gpa，其中420淬火和回火热处理后，屈服强度可达345Mpa－1420Mpa，440C热处理后，屈服强度甚至可以达到1900Mpa。

　　为了方便理解和记忆，淬可以理解为蘸，就是将烧红的金属元件，到水里蘸一下，就像蘸辣椒酱，蘸金属这口味有点重。

　　马氏体不锈钢体系

　　我们知道，奥氏体不锈钢没有磁性，有很好的抗腐蚀性能，如刚才提到的303，304，还有316，202等不锈钢。

　　那么问题来了，什么是奥氏体不锈钢？什么是马氏体不锈钢？为什么两者磁性和抗腐蚀能力不一样？应用上有什么差别

　　所以这两天，我重新梳理了一下这两者的区别。今天我就来分享一下，如果有说得不对的地方，也欢迎你指出，一起进步。

　　说起马奥体，我觉得不得不从纯铁开始说起。

　　我们知道，当把纯铁加热到熔点1538度以上时，纯铁变成了液体。

　　结晶是指液体变固体。

　　关于晶体，这里有几个概念，需要说明一下。

　　若干箱苹果装满一车后，就叫晶粒，不同大小的车，能够装下不同数目的箱子，组成不同大小的晶粒，所有车装满，全部运输到客户那里，就组成了晶体。

　　例如，从熔点到1394度之间，铁结晶成体心立方结构，叫-Fe，在1394到912度之间，结晶成面心立方结构，叫-Fe，当温度降至912度以下后，又具有体心立方结构，称为-Fe。

　　我们知道，水可以溶解糖，盐等易溶物，这叫液溶。

　　碳溶于-Fe称为铁素体FerriteF，还是保持体心立方结构，碳溶于-Fe称为奥氏体Austenite＝Au，仍然具有面心立方结构，奥氏体塑性很好，容易变形。

　　如果碳的质量分数超过了两者的溶解度极限，会发生什么呢？

　　好了，到这里，我们有了奥氏体的概念。

　　当温度低于727度时，奥氏体会和其他组织混合，形成新的组织，而我们平时用的不锈钢，大都在常温下。

　　铁碳相图微组织

　　当含碳量是4.3%时，室温下组织是奥氏体与渗碳体的混合物，即莱氏体Ledeburite，用Ld表示。

　　所以，奥氏体不锈钢从何而来？

　　合金是指一种金属元素和其他元素结合在一起，形成有金属特性的物质。例如，家里的铝合金窗户是铝与镁及硅组成的合金，厨房水龙头主体一般是铜合金，主要是铜与锌，还含有少量的铅。

　　室温下，不同质量分数的的碳钢，将其加热到临界温度以上后，就会形成奥氏体，这个奥氏体有个特点，就是它在不同的温度范围等温，或者是在不同的冷却速度下冷却，会形成成不同的组织。

　　例如，对于含碳量为0.77%的碳钢（也叫共析钢），在临界温度727度到560度之间等温，会形成珠光体，在560度到Ms之间等温会形成贝氏体，在Ms-Mf之间等温就形成马氏体。

　　共析钢的奥氏体等温转变图可能存在的组织

　　把奥氏体在560到Ms温度区间保温，首先在奥氏体晶界处析出过饱和的铁素体，然后在铁素体中析出细小的渗碳体，所以，贝氏体是过饱和铁素体和渗碳体的混合物。

　　因为马氏体在Ms－Mf之间转变，转变温度低，速度快，只发生铁素体的晶体结构转变，碳原子来不及重新分布，被保留在马氏体中，其碳的质量分数和母奥氏体相同，所以马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体。

　　当然，因为工件实际热处理时，常常被连续冷却，而不是保温，所以一般用冷却速度来估计最后的常温组织。

　　例如，退火（Annealing），相当于炉冷，冷却速度很慢，通常在105–103K/s，得到的组织是粗片状珠光体，因为缓慢冷却的过程中，组织会慢慢长大。

　　最后在水中淬火，快速冷却，得到马氏体组织，所以淬的目的，就是得到马氏体。

　　说到这里，我觉得有必要说一下退火和正火热处理的含义。

　　退火可以理解为退去工件内部的“火”，金属和人一样也有火，比如内部的热应力就是一种火。退火时不能太急，必须慢慢来，才能见效，就像人上火了，可以通过喝茶慢慢降火一样。

　　正火，从单词Normalize演化而来，可以理解为正常化，什么叫正常化，在空气中冷却就叫正常化，因为在炉中或者在水中冷却，都是人为控制，而在空气中冷却不需要人为控制，可以看成是正常冷却。

　　应用上，低碳钢和低碳合金钢，常以正火做预备热处理，而高碳钢一般用退火做预备热处理，因为碳含量高，硬度也高，不容易加工，退火以降低硬度，提高加工性能。

　　从奥氏体和马氏体得到奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢，还需要一步。

　　但是，当钢中加入某些足够多的合金元素时，就会扩大奥氏体相区，例如加入9%的镍，或者13%的锰等，则可使A3线下降，使得奥氏体稳定在室温，形成奥氏体钢。

　　为什么要在碳钢中加入合金元素呢？

　　合金元素的加入，刚好可以弥补这些缺点，所以实际工程中，大量使用的是合金钢。

　　例如，Si、Cr、AL、Ti等的加入，当加入的铬元素达到17%-28%，常温下奥氏体区域消失，钢在室温下呈单相铁素体组织，称为铁素体钢。

　　奥氏体不锈钢是在低碳钢的基础上，加入了17%-25%的铬元素，和8%-29%的镍元素，例如典型的18-8型奥氏体不锈钢，就是铬≥18%，镍≥8%的合金钢。

　　什么是电化学腐蚀？例如，钢中的珠光体是铁素体和渗碳体F3C层片相间的组织，在硝酸酒精溶液中，构成无数个微电池。电位低，形成微电池的阳极，不断析出铁离子，也就是被腐蚀，F3C电位高，形成微电池的阴极，把电子传给溶液中氢离子，形成氢气。

　　同时，铬元素的加入，提高了基体的电极电位，并在钢的表层形成了致密的氧化膜Cr2O3，从而使得钢在一定的介质中不容易生锈，所以叫奥氏体不锈钢。

　　因为合金元素单一，马氏体不锈钢只在非氧化介质中，例如大气，水蒸气中有较好的耐腐蚀性能，而在非氧化介质中，例如盐酸溶液中，耐腐蚀能力变得很低。

　　到这里，我们终于清楚奥氏体和马氏体不锈钢的概念了。

　　按照磁铁吸铁的原理，是马氏体和铁素体能够被磁化，而奥氏体不能被磁化。

　　反正结果就是马氏体和铁素体有磁性，但是奥氏体没有磁性或者仅有弱磁性。

　　有时奥氏体呈现磁性，一般有两个原因。

　　另外，奥氏体不锈钢经过冷加工，组织结构也会向马氏体转化，冷加工变形度越大，马氏体转化越多，钢的磁性也越大。

　　另外，我们的钣金件，一般是用304钢板弯折的，用得最多的厚度是从1mm，1.5mm，2mm和3mm。当然，有时候只做遮盖用时，也用铝板弯折，并做发黑表面处理，防止生锈。

　　420和440C因为做调质后（淬火加高温500-650度回火），屈服强度很高，所以也常常用于对于强度要求高的设计中，例如我之前提到的，机器人快还装置中的柔性定位销