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關(guān)于金屬材料學(xué)與淬火——304不銹鋼的淬火工藝

發(fā)布時間：2018-07-30 瀏覽：7592次

在金屬材料學(xué)中，廣義的“淬火”，是對處于較高溫度的合金進(jìn)行快速冷卻的熱處理過程。淬火的目的在于得到人們所需的組織以獲得期望力學(xué)性能。

一般對于碳鋼及低合金鋼，如含碳量0.77%的共析鋼，加熱到800℃左右即成為單相奧氏體（如下鐵碳相圖中的紫色區(qū)域），然后快冷可以得到馬氏體組織，從而可以大大提高該合金的強(qiáng)度和硬度。而這個淬火過程，是狹義上的淬火。

而對于304奧氏體不銹鋼，其使用前一般會進(jìn)行1050℃左右，水冷的固溶熱處理，該固溶處理也被稱為“淬火”，因為其冷速足夠高，抑制了M23C6等中間相的析出。304不銹鋼之所以快冷也不形成馬氏體，是因為其奧氏體組織在室溫至1000℃都是穩(wěn)定的。這是由于其中奧氏體形成元素鎳含量較高（約9%左右），使鐵碳相圖中的單相奧氏體區(qū)的溫度下限擴(kuò)展至室溫以下所至。關(guān)于奧氏體形成元素對合金相圖的影響，在金屬學(xué)的教材上很容易找到。

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不銹鋼按其使用時的組織可分為奧氏體不銹鋼(austenite)，鐵素體不銹鋼(ferrite)，雙相不銹鋼(austenite+ferrite)，馬氏體不銹鋼(martensite)，時效強(qiáng)化不銹鋼等。在不銹鋼中，Cr，Ni是主要的合金元素，所以讓我們來看一下Cr-Fe和Fe-Ni二元相圖：

圖中紫色部分為包含奧氏體(FCC)的相區(qū)。對比一下很容易看到，Cr-Fe兩元相圖中，包含奧氏體(FCC)的相區(qū)所點比例極小；而在Fe-Ni二元相圖中，包含奧氏體(FCC)的相區(qū)占據(jù)了相圖的絕大部分。這說明不同的合金元素對不銹鋼中的組織影響是不一樣的。在純鐵中加入Cr元素傾向使合金的組織形成鐵素體(BCC)，可稱Cr為鐵素體形成元素；加入Ni元素則傾向于使合金的組織形成奧氏體(FCC)，可稱Ni為奧氏體形成元素。除了Cr元素，不銹鋼中主要的鐵素體形成元素還有Mo,Ti,Al,Si,Nb,V 等；而除了Ni元素，不銹鋼中主要的奧氏體形成元素有Mn,C,N,Cu等。

然后，上個不銹鋼焊接中經(jīng)常用到的舍夫勒相圖(schaeffler diagram)：

這個圖大體上概括了不銹鋼中主要合金元素對不銹鋼組織的影響。圖中的橫坐標(biāo)為Cr當(dāng)量(cr equivalent)，其計算公式如圖橫坐標(biāo)下方所示。鎳當(dāng)量圖中沒有顯示，一般可認(rèn)為鎳當(dāng)量Ni equivalent =Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%。這兩個當(dāng)量公式都是經(jīng)驗公式。通常根據(jù)此圖就可大致判斷給定合金元素組成下的不銹鋼的組織。

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