马氏体不锈钢表面强化技术基础
马氏体不锈钢热处理
马氏体不锈钢热处理马氏体不锈钢热处理君子兰一、马氏体不锈钢典型的马氏体不锈钢钢号有1Cr134Cr13和9Cr18等 1Cr13钢加工工艺性能良好。
可不经预热进行深冲、弯曲、卷边及焊接。
2Crl3冷变形前不要求预热但焊接前需预热 ICrl3、2Cr13主要用来制作耐蚀结构件如汽轮机叶片等而3Cr13、4Cr13 主要用来制作医疗器械外科手术刀及耐磨零件9Cll8可做耐蚀轴承及刀具。
二、铁素体不锈钢铁素作不锈钢的含Cr量一般为1330合碳量低于0.25。
有时还加入其它合金元素。
金相组织主要是台铁素体加热及冷却过程中没有αγ转变不能用热处理进行强化。
抗氧化性强加入合金元素比可在有机酸及含Cl-的介质中有较强的抗蚀。
同时它还具有良好的热加工性及一定的冷加工性。
铁体不锈钢主要用来制作要求有较高的耐蚀性而强度要求较低的构件广泛用于制造生产硝酸、氮肥等设备和化工使用的管道等。
典型的铁案体不锈钢有Crl7型、Cr25型和Cr28型其成分性能及热处理工艺如表所示。
三奥氏体不锈钢奥氏作不锈钢是克服马氏作不锈钢耐蚀性不足和铁素体不锈钢脆性过大而发展起来的。
基本成分为Crl8、Ni8简称188钢。
其特点是合碳量低于0.1利用Cr、Ni配合获得单相奥氏体组织。
奥氏作不锈钢一般用于制造生产硝酸、硫酸等化工设备构件、冷冻工业低温设备构件及经形变强化后可用作不锈钢弹簧和钟表发条等。
奥氏体不锈钢具有良好的抗均匀腐蚀的性能但在局部抗腐蚀方面仍存在下列问题 1.奥氏体不锈钢的晶间腐蚀奥氏作不锈钢在450850?保温或缓慢冷却时会出现晶问腐蚀。
合碳量越高晶间蚀倾向性越大。
此外在焊接件的热影响区也会出现晶间腐蚀。
这是由于在晶界上析出富Cr的Cr23C6。
使其周围基体产生贫铬区从而形成腐蚀原电池而造成的。
这种晶间腐蚀现象在前面提到的铁素体不锈钢中也是存在的。
工程上常采用以下几种方法防止晶间腐蚀 1降低钢中的碳量使钢中合碳量低于平衡状态下在奥氏体内的饱和溶解度即从根本上解决了铬的碳化物Cr23C6在晶界上析出的问题。
马氏体不锈钢成分、工艺和耐蚀性的进展
洁净细腻悼¨。（２）表面薄膜ｃｒ离子的浓度是影响 不锈钢耐空蚀性能的主要因素四ｊ。２Ｂ抛光、纤维 或布抛光、镜面抛光和光亮退火４种表面抛光工艺 中，通过镜面抛光处理后的４３０不锈钢，其表面薄膜 的Ｃｒ离子浓度最大。（３）采用无铬酐，加入少量的 高分子聚乙二醇的磷酸一硫酸体系的抛光液，在低电 流、较高的温度下对不锈钢进行抛光，获得光亮如镜 的效果，并显著提高不锈钢表面耐蚀性能旧１。 ３．２表面改性
关键词马氏体不锈钢成分工艺表面处理耐蚀性
Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ
Ｂａｉ Ｈｅ ａｎｄ Ｗａｎｇ Ｂｏｉｉａｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｌｌ ７１００５５）
为提高低碳马氏体铬不锈钢的cr含量又能保1马氏体不锈钢的化学成分持高温奥氏体区获得淬火马氏体组织而具有良好一般马氏体不锈钢除具有中等水平的耐蚀性的综合性能在马氏体铬不锈钢中加入25ni外还可以通过淬火得到马氏体组织而具有高的强形成马氏体铬镍不锈钢因ni是奥氏体形成元素度硬度和耐磨性以满足使用要求广泛地应用于扩大高温奥氏体y区可使低碳13cr马氏体不刀具汽轮机叶片轴承阀门结构件和耐磨件等
马氏体时效不锈钢的热处理一般为固溶处理 （一１ ０５０ ｏＣ）＋４２７—６５０ ｏＣ时效处理旧瑚Ｊ。有些马 氏体时效不锈钢在完全硬化状态下具有最佳的耐蚀 性，如Ｏｃｒｌ３Ｎｉ８Ｍ０２Ａｌ在≥５９５℃时效具有最好的 耐硫化物应力腐蚀破裂性能【２ Ｊ。
当马氏体时效不锈钢中Ｃ含量超过０．０３％时， 在固溶处理后需进行“中间调整处理”，再进行时效 处理。中间调整处理（一８５０℃）的目的是析出一定 量的碳化物，提高慨点，减少残余奥氏体量Ⅲ３。
马氏体强化机制
2012春季学期材料力学性能课程论文院（系）材料科学与工程专业材料科学与工程学生唐骜学号 1091900101班号 0919001铁碳马氏体的强化机制唐骜1091900101摘要：本文以铁碳马氏体的组织形貌以及马氏体转变过程为出发点，引述了马氏体的主要强韧化机制。
并通过引用各学者的实验结论，得到了铁碳马氏体的强韧化机理。
关键词：马氏体，强韧化机制，高强度钢，低碳钢，时效1. 马氏体概述马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。
将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。
马氏体最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。
马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，但是在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因。
马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。
中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。
高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。
20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。
目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。
2. 马氏体相变特征马氏体转变的一般定义为：过冷奥氏体以较快的速度冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生的无扩散型相变称为马氏体相变。
其主要特点有以下几点：（1）马氏体相变是无扩散相变。
马氏体相变时没有穿越界面的原子无规行走或顺序跳跃，因而新相（马氏体）承袭了母相的化学成分、原子序态和晶体缺陷。
马氏体相变时原子有规则地保持其相邻原子间的相对关系进行位移，这种位移是切变式的。
激光熔覆马氏体
第27卷第2期粉末冶金材料科学与工程2022年4月V ol.27 No.2 Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy Apr. 2022DOI:10.19976/ki.43-1448/TF.2021090激光熔覆马氏体/铁素体涂层的组织与抗磨耐蚀性能张磊1, 2，陈小明1, 2，霍嘉翔1，张凯1, 2，曹文菁1, 2，程新闯3(1. 水利部产品质量标准研究所浙江省水利水电装备表面工程技术研究重点实验室，杭州 310012；2. 水利部杭州机械设计研究所水利机械及其再制造技术浙江省工程实验室，杭州 310012；3. 绍兴市曹娥江大闸管理局，绍兴 312000)摘要：为提高液压活塞杆的耐腐蚀和抗磨损性能，在45号钢表面采用激光熔覆技术在不同激光功率下制备具有马氏体/铁素体组织的Fe基合金熔覆层。
利用X射线衍射仪、扫描电镜、X射线能谱仪等手段表征涂层的物相组成、微观形貌和元素分布，采用维氏硬度计和干滑动摩擦试验机对涂层的显微硬度和抗磨损性能进行测试，并通过电化学工作站研究熔覆层的耐腐蚀性能。
结果表明：Fe基合金熔覆层的主要物相为α-Fe、Ni-Cr-Fe、γ-(Fe,C)和Fe9.7Mo0.3等，主要组织为马氏体、铁素体和少量残余奥氏体。
熔覆层的枝晶态组织均匀致密，无裂纹和孔隙缺陷，涂层与基体呈冶金结合。
涂层的硬度与耐磨性能随激光功率增大而提高，当功率为2.4 kW时，涂层的平均显微硬度(HV)为647.64，耐磨性能为45号钢的9.37倍，磨损机制为磨粒磨损。
随激光功率提高，Fe基合金熔覆层的耐腐蚀性能先升高后降低，当激光功率为2.0 kW时涂层具有最佳耐腐蚀性能，显著高于活塞杆常用碳钢、不锈钢以及电镀硬铬等材料，可在相关领域替代电镀铬。
关键词：激光熔覆；Fe基合金；组织；磨损；腐蚀；活塞杆中图分类号：TG174.44文献标志码：A 文章编号：1673-0224(2022)02-196-09All Rights Reserved.Microstructure and wear-corrosion resistance performance oflaser cladding martensite/ferrite coatingZHANG Lei1, 2, CHEN Xiaoming1, 2, HUO Jiaxiang1, ZHANG Kai1, 2, CAO Wenjing1, 2, CHENG Xinchuang3(1. Key Laboratory of Surface Engineering of Equipment for Hydraulic Engineering of Zhejiang Province, Standard &Quality Control Research Institute, Ministry of Water Resources, Hangzhou 310012, China;2. Water Machinery and Remanufacturing Technology Engineering Laboratory of Zhejiang Province, HangzhouMechanical Research Institute, Ministry of Water Resources, Hangzhou 310012, China;3. Shaoxing Municipal Cao’e River Floodgate Construction Administration Committee, Shaoxing 312000, China)Abstract: To improve the corrosion resistance and wear resistance of piston rod, Fe-based coatings with martensite andferrite structure were prepared on 45# steel by laser cladding. The phase compositions, microstructure and elementsdistribution of the coatings were characterized by X-ray diffractometer, scanning electron microscope and X-ray energydispersive spectrometer. The microhardness and wear resistance of the coatings were tested by Vickers hardness testerand dry sliding friction wear tester. Furthermore, the corrosion resistance of laser cladding Fe-based coatings was studiedby electrochemical workstation. The results show that the phase of laser cladding Fe-based alloy coating is mainlycomposed of α-Fe, Ni-Cr-Fe, γ-(Fe,C), Fe9.7Mo0.3. The main microstructure is martensite, ferrite and a small amount ofresidual austenite. The dendritic structure of coating is uniform, compact, without cracks or pores. The coating and thesubstrate are bonded metallurgically. The hardness and wear resistance of the coatings increase with increasing基金项目：浙江省“一带一路”国际科技合作项目(2019C04019)；浙江省公益性技术应用研究计划资助项目(GC22E017317，LGC19E090001，2018C37029)收稿日期：2021−11−02；修订日期：2021−12−23通信作者：张磊，工程师，硕士。
马氏体不锈钢的耐蚀性、塑性、焊接...
目录第一章：金属材料的性能 (1)第一节：金属材料的力学性能 (2)一、强度指标 (2)二、刚度指标 (3)三、塑性指标 (4)四、硬度指标 (4)五、韧性指标 (5)第二节：金属材料的物理和化学性能 (6)一、金属材料的物理性能 (6)二、金属材料的化学性能 (7)第三节：金属的工艺性能 (8)一、铸造性能 (8)二、锻造性能 (8)三、焊接性能 (8)四、切削加工性能 (8)第二章常用金属材料 (9)第一节碳钢 (9)一、常存元素对钢性能的影响 (9)二、碳钢的分类 (10)三、碳素钢的牌号、主要性能及用途 (10)第二节合金钢 (13)一、合金钢分类 (13)二、合金钢的牌号、主要性能及用途 (14)1、合金结构钢： (14)2、合金工具钢： (15)3、特殊性能钢： (19)第三节铸铁 (25)一、灰铸铁 (25)二、可锻铸铁 (26)三、球墨铸铁 (26)四、蠕墨铸铁 (27)第四节有色金属及其合金 (27)一、铝及其合金 (28)二、铜及其合金 (30)三、钛及其合金 (32)四、镁及其合金 (33)第一章：金属材料的性能金属材料的性能，是指用来表征材料在给定外界条件下的行为参量。
当外界条件发生变化时，同一种材料的某些性能也会随之变化。
通常所指的金属材料的性能包括以下两个方面：1、使用性能：即为了保证零件、工程构件或工具等的正常工作，材料所应具备的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。
金属材料的使用性能决定了其应用范围、安全可靠性和使用寿命等。
2、工艺性能：是指反映金属材料在被制造成各种零件、构件或工具的过程中，材料适应各种冷、热加工的性能。
主要包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能、切削加工性能以及热处理性能等。
第一节：金属材料的力学性能定义：金属材料的力学性能是指金属材料在加工和使用过程中受不同形式的外力作用时所表现出来的一些性能（如强度、刚度、韧性、硬度、耐磨性等），这种性能称为材料的力学性能。
SolNit不锈钢强化工艺
SolNit®-工艺的典型工艺参数及结果
工艺参数 温度: N2分压： 扩散时间: 结果 氮固溶深度: 表面硬度 - 马氏体钢: - 奥氏体钢及双相钢:
1920º F - 2100°F 0.1 - 3 bar abs. 15 min - 24 hrs 0.2 – 2.5 mm 54 - 61 HRC 200 - 350 HV
齿轮
材料: 处理: 415 SolNit-M: 1920°F 冷处理： - 40°F 回火: 300°F
700 600 500 400 300 200 100 0
Hardness HV1
表面硬度:
660 HV2 (58.3 HRC) 46 HRC approx. 0.6 mm
心部硬度:
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Distance to the surface (mm)
奥氏体具有很高的氮溶解度
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SolNit® 应用
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高碳马氏体不锈钢440C的热处理工艺
体 ，属 调 质 淬 火 加 热 温 度 不 足 所 致 ， 因而 此 处 强 度 、硬 度均 相 对较 低 ，从 断裂 位 置 看 ，断 裂 部 位 存 在 结 构 上 的 变 化 ，并 且 由 图５可知 ，该 出 力轴 沿 纵 向呈 明 显的 带 状偏 析 状 态 ，说 明调 质淬 火 前 的 正 火 不 充 分 ，预 备 热 处 理 组 织 不 均 匀 ； 由 图６可 知 ，该 出力轴 淬火 组 织 为细 小 的 马 氏体 ，说 明该 出 力轴局 部 淬 火温 度 、冷 却速 度 合 理 ，但 从 硬 度 角度 看 ，回 火 温 度 不够 。
３．结语 综 上所 述 ，从 理化 检 验 的 各 项结 果 看 ，该 出 力 轴 的 化 学成 分 及 热处 理 过 程 均存 在 着 严 重 问题 ，造 成 了整个零件 力学性能不均匀 ，内部存在严重的组 织 应 力 ，加之 结 构 上 的变 化 也 存 在相 对 薄 弱环 节 ， 在外力作用下强度较低的部位最易发生脆性 断裂 。
图５ Ｄ位 置横截面组织形貌 图６ 淬硬层组织形貌 ２．分 析 从 化 学成 分 、硬 度 检测 结 果 可 以 看 出 ，该 出力
轴的化学成分 中ｃｒ含量略高于上限 ；该零件的硬度 也不均匀 ，图ｌ中同一轴颈位置 ，硬度竞存在着 明 显差 异 ，部 分 区域 呈 现 偏高 的 淬 火 硬度 ，属 热处 理 不 当造 成 。
１．合金成 分 ４４０Ｃ钢 的 化 学 成 分 见 表 １，采 用 湿 化 学 法 测
定 Leabharlann 表 １ 不锈钢４４００的化学成分 （质量分数 ） （％）
铁碳马氏体的强化机制
课程论文课程：材料力学性能题目：铁碳马氏体的强化机制姓名：学号：所属单位：指导老师：铁碳马氏体的强化机制王昀立哈尔滨工业大学材料学院材料科学系1019001班1101900422摘要：本文介绍了铁碳马氏体的组织结构及马氏体转变过程，进一步探讨了马氏体强化机制。
总体上说，马氏体强化主要有：固溶强化、时效强化、形变强化、相变强化、孪晶强化、细晶强化等。
关键词：马氏体，马氏体转变，强化机制，高强度钢1 前言马氏体由于其高强度，高硬度在很多领域都有广泛的应用。
我们在应用马氏体的同时，要了解马氏体的强化机制，从而通过不同机制对马氏体强度的影响，找到提高马氏体强度的方法。
2 马氏体介绍2.1 马氏体定义马氏体最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。
马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。
马氏体（M）是碳溶于α-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。
其比容大于奥氏体、珠光体等组织，这是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因。
将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。
20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。
目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。
2.2 马氏体晶体学特性2.3 马氏体转变马氏体转变的一般定义为：过冷奥氏体以较快的速度冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生的无扩散型相变称为马氏体相变。
其主要特点有以下几点：（1）马氏体相变是无扩散相变。
（2）产生表面相变时浮突。
（3）新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位向关系。
马氏体不锈钢
Hale Waihona Puke 二、奥氏体不锈钢的平衡组织
18-8型奥氏体钢平衡态时为奥氏体＋铁素体 ＋碳化物复相组织，实际的单相奥氏体是通过 热处理的配合获得的。
图5-14 Fe-Cr-Ni相图上含 18%Cr、8%Ni处的垂直截面
在高温有一个含碳量较宽的奥 氏体相区，碳在奥氏体中溶解 度随温度沿ES线变化。缓冷时 沿ES线碳以合金碳化物的形式 析出,主要为(Cr,Fe)23C6。缓 冷至SK线以下还要发生γ→α 相变，部分γ转变为α，平衡 态时,18-8奥氏体钢在室温下 的组织是γ+α+C。当加热到 ES线以上时，(Cr,Fe)23C6等 又可完全溶入奥氏体，经淬火 就可获得碳、合金元素在γ相 中过饱和的固溶体。
生产中常将球化退火和软化退火合并进行（有时也 称为重结晶退火）。退火后的组织为铁素体基体上分布 着碳化物及晶界上网状分布着的碳化物颗粒。
2、调质处理：
一般不锈钢结构件，常用调质处理，以获得高的 综合机械性能。
1Cr13 在 950℃-1100℃温度区间内铁素体减到最少， 故淬火加热温度最好为980℃-1050℃。淬火后的组织 为少量铁素体+低碳马氏体。2Cr13 在950℃-1150℃温 度得到单相奥氏体组织，淬火后能获得马氏体组织+极 少量的残余奥氏体。
4Cr13钢 高温处于γ单相区，冷却过程 中首先析出(Cr,Fe)7,C3 。在800℃860℃产生共析分解，室温下的平衡组织 为α+ (Cr，Fe）7C 3
Fe-Cr-C相图在12%Cr处的垂直截面图
三、Cr13型马氏体不锈钢的热处理
Cr13型马氏体不锈钢能在淬火过程中发 生马氏体转变，可以获得热处理强化，所以 这类钢可进行多种热处理，以控制和调节这 种相变，满足不同的机械性能要求。
第四章 钢的热处理及表面强化技术讲解
2．化学镀镍磷
化学镀是指在无外加电流条件下，利用化学方法在金属表面沉积其他金 属或合金的工艺方法。化学镀镍磷合金可提高工件表面的硬度、抗粘着性、 减摩性，从而提高其耐磨性。
2 气相沉积TiN和TiC
气相沉积是指在一定成分的气体中加热至一定温 度，通过化学或物理作用在钢件表面沉积其他金属或 金属化合物的工艺方法。在钢件表面沉积TiN、TiC等 超硬金属化合物，能大大提高其表面的硬度、耐磨性、 耐蚀性和高温抗氧化性。
表 面 热处理
钢加热时的组织转变
钢的预备热处理——退火与正火
钢的最终热处理（一）——淬火与回火 钢的最终热处理（二）——表面热处理 钢的表面强化技术
本 章 要 点
钢的热处理是指将钢在固态下进行 加热、保温和冷却，以获得所需的组织 和性能的工艺方法。通过适当的热处理， 能显著提高钢的力学性能，以满足零件 的使用要求和延长零件的使用寿命；能 改善钢的加工工艺性能（如切削加工性 能、冲压性能等），以提高生产率和加 工质量；还能消除钢在加工（如铸造、 焊接、切削、冷变形等）过程中产生的 残余内应力，以稳定零件的形状和尺寸。
淬火加热后组织 钢种
亚共析钢 Wc≤0.5%
亚共析钢 Wc＞0.5%
淬火温度(℃) Ac3+30～50
Ac3+30～50 Ac1+30～50 Ac1+30～50
残
最终组织 M
M + A残 M + A残 M+Fe3C+A
共析钢 过共析钢
单液淬火 将加热后的零件投入一种冷却剂中冷却至室温。 优点：操作简单，容易实现自动化 缺点：易产生淬火缺陷， 水中淬火易产生变形和 裂纹，油中淬火易产生硬度不足或硬度不均匀等 现象。 应用：碳钢一般用水作冷却介质，合金钢可用油 作冷却介质。
马氏体不锈钢热处理
马氏体不锈钢热处理马氏体不锈钢热处理君子兰一、马氏体不锈钢典型的马氏体不锈钢钢号有1Cr134Cr13和9Cr18等 1Cr13钢加工工艺性能良好。
可不经预热进行深冲、弯曲、卷边及焊接。
2Crl3冷变形前不要求预热但焊接前需预热 ICrl3、2Cr13主要用来制作耐蚀结构件如汽轮机叶片等而3Cr13、4Cr13 主要用来制作医疗器械外科手术刀及耐磨零件9Cll8可做耐蚀轴承及刀具。
二、铁素体不锈钢铁素作不锈钢的含Cr量一般为1330合碳量低于0.25。
有时还加入其它合金元素。
金相组织主要是台铁素体加热及冷却过程中没有αγ转变不能用热处理进行强化。
抗氧化性强加入合金元素比可在有机酸及含Cl-的介质中有较强的抗蚀。
同时它还具有良好的热加工性及一定的冷加工性。
铁体不锈钢主要用来制作要求有较高的耐蚀性而强度要求较低的构件广泛用于制造生产硝酸、氮肥等设备和化工使用的管道等。
典型的铁案体不锈钢有Crl7型、Cr25型和Cr28型其成分性能及热处理工艺如表所示。
三奥氏体不锈钢奥氏作不锈钢是克服马氏作不锈钢耐蚀性不足和铁素体不锈钢脆性过大而发展起来的。
基本成分为Crl8、Ni8简称188钢。
其特点是合碳量低于0.1利用Cr、Ni配合获得单相奥氏体组织。
奥氏作不锈钢一般用于制造生产硝酸、硫酸等化工设备构件、冷冻工业低温设备构件及经形变强化后可用作不锈钢弹簧和钟表发条等。
奥氏体不锈钢具有良好的抗均匀腐蚀的性能但在局部抗腐蚀方面仍存在下列问题 1.奥氏体不锈钢的晶间腐蚀奥氏作不锈钢在450850?保温或缓慢冷却时会出现晶问腐蚀。
合碳量越高晶间蚀倾向性越大。
此外在焊接件的热影响区也会出现晶间腐蚀。
这是由于在晶界上析出富Cr的Cr23C6。
使其周围基体产生贫铬区从而形成腐蚀原电池而造成的。
这种晶间腐蚀现象在前面提到的铁素体不锈钢中也是存在的。
工程上常采用以下几种方法防止晶间腐蚀 1降低钢中的碳量使钢中合碳量低于平衡状态下在奥氏体内的饱和溶解度即从根本上解决了铬的碳化物Cr23C6在晶界上析出的问题。
17-4PH沉淀硬化不锈钢表面强化技术
17-4PH沉淀硬化不锈钢表面强化技术应俊龙;洪锋;赵兴德;张瑜【摘要】本文综述了当前17-4PH表面强化技术的研究进展,着重分析了稀土等离子渗氮技术、激光熔覆技术以及激光合金化技术的优势及面临的问题.等离子渗氮过程中加入一定量稀土之后,能通过加快界面反应、吸附扩散反应的进行,渗氮效率提升,且能改善基体表面的硬度以其耐磨性,激光表面强化技术已在各方面展现出其应用优势,但其强化材料基本仍为喷涂材料,其熔点、凝固温度、硬度与韧性均不适合于激光表面强化技术.稀土对渗氮的作用机理以及激光表层强化材料将是今后研究的重点.【期刊名称】《江西化工》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】3页(P35-37)【关键词】表面强化;稀土等离子渗氮;激光融覆;激光合金化【作者】应俊龙;洪锋;赵兴德;张瑜【作者单位】航空工业集团昌河飞机工业集团,江西景德镇330034;航空工业集团昌河飞机工业集团,江西景德镇330034;航空工业集团昌河飞机工业集团,江西景德镇330034;航空工业集团昌河飞机工业集团,江西景德镇330034【正文语种】中文表面强化技术是指改善零件材料的表面性能，提高其硬度、耐磨性、耐蚀性、疲劳强度的工艺方法。
通常零件表面承受较大的应力状况，并接触气态、液态等不同的腐蚀介质，故而零件的失效往往从零件的表面开始。
17-4PH是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，其具有较好的强度、韧性、抗氧化能力、耐蚀性以加工性能，在航空航天、石油、化工、核工业等诸多领域广泛使用。
但由于该类零件应用环境多为高温、高载荷，表面长期承受持续高温冲击、摩擦等，因此需对其进行表面强化以提高其表面性能[1]。
常用的表面改性方法有离子氮化[2]，盐浴氮化[3]，激光表面强化，活性气体氮化[4]，感应熔覆，离子注入等。
20世纪80年代，为了解决不锈钢表面改性处理存在的问题，我国的张仲麟和英国Bell T教授合作开展等离子体低温渗氮研究，解决了奥氏体不锈钢经处理后耐蚀性降低的技术难题[5]。
表面处理第四、五讲表面淬火及表面形变强化
表面淬火层的性能（3） （3） 疲劳强度：高频淬火可显著提高零件的疲劳强度。这 是由于表面产生的压应力可以抑制裂纹的萌生和扩展，使其 缺口敏感性下降。
表 4－2 40Cr 钢不同处理状态下疲劳强度的比较 － 处理状态 疲劳强度 σ 1 N／mm2 200 正火 240 调质 290 调质+表面淬火δ = 5mm 330 调质+表面淬火δ = 9mm
功率密度 加热时间 硬化层深度 工件冷却 淬火层组织 畸 变
感应加热淬火新技术（2） 2 双频感应加热淬火 对于凹凸不平的工件可采用两种频率交替加热， 较高频率加热时，凸出部位温度较高；较低频率 加热时，低凹部位温度较高。这样可达到均匀硬 化的目的。 3 超音频感应加热淬火 采用20kHz ～ 50kHz的频率（超音频波）感应 加热淬火可解决凹凸不平工件表面淬硬层不均匀的 问题。
二、表面淬火与常规淬火的区别 (1) 加热速度越快，奥氏体晶粒越细、硬度越高。
表面淬火与常规淬火的区别 (2)
提高加热速度将使 Ac3 与 Acm线上移，可以防止过热。 快速加热使奥氏体成分不 均匀，易形成贫碳的奥氏体， 合金元素也难实现成分均匀化。
表面淬火与常规淬火的区别 (3)
5.03 10
4
f
mm
感应加热频率越高，淬硬层越浅，但加热速度越快。
感应加热频率与淬硬层的关系
表6－9 感应加热淬火用交流电频率 名 称 高 频 超音频 中 频 工 频 频率范围/Hz （100~500）×103 （20~100）×103 （1.5~10）×103 50 淬硬深度/mm 0.5~2 2~5 2~5 10~15
表面淬火层的组织和硬度分布 硬化层的厚度可用金相法和硬度法测定。
马氏体不锈钢的光亮热处理
马氏体不锈钢的光亮热处理
马氏体不锈钢是一种高强度金属材料，因其特殊的加工工艺热处理，
才可以获得其闪亮表面谐和光滑的触感。
为了满足对马氏体不锈钢的
高要求，因此开发出了光亮热处理这一独特的工艺。
1. 光亮热处理用什么方法
光亮热处理是采用热处理加浸油这种方法，属于机械零件表面强化表
面处理，其目的是将马氏体不锈钢表面处理成高光泽、高硬度与耐磨
性的表面结构。
2.光亮热处理的工艺步骤
第一步：热处理，将马氏体不锈钢材料经过高温热处理，改变其成份，使其达到硬度更高或者柔韧性更强的最佳状态。
第二步：浸油，将热处理后的马氏体不锈钢材料放入有抗腐蚀油的容
器中，接受接触处理，使其表面光滑并增加抛光性。
第三步：抛光，利用粉状磨料抛光，进一步将马氏体不锈钢表面增加
光泽，改善其外观和硬度等性能，使马氏体不锈钢具有防锈的效果。
3. 光亮热处理的优点
（1）光亮热处理表面强度高，表面硬度和耐磨性很好，具有防护锈的功能，可减少机械零件的磨损和寿命期的缩短；
（2）表面光滑，系数粘附性低，无消泡，使马氏体不锈钢材料有更好的抗污染性；
（3）易清洁，表面光滑易清洁，更方便地保持机械零件表面的干净；
（4）加工成本低，光亮热处理不仅成本低廉高效，而且处理工艺简单快速。
奥氏体、马氏体、铁素体、双相不锈钢的区别简介
不锈钢简介：不锈钢通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。
不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。
这种不锈性和耐蚀性是相对的。
试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。
不锈钢的分类方法很多。
按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。
由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。
不锈钢牌号分组200 系列—铬-镍-锰奥氏体不锈钢300 系列—铬-镍奥氏体不锈钢型号301—延展性好，用于成型产品。
也可通过机械加工使其迅速硬化。
焊接性好。
抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。
型号302—耐腐蚀性同304，由于含碳相对要高因而强度更好。
型号303—通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。
型号304—通用型号；即18/8不锈钢。
GB牌号为0Cr18Ni9。
型号309—较之304有更好的耐温性。
型号316—继304之後，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。
由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。
SS316则通常用于核燃料回收装置。
18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。
[1]型号321—除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外其他性能类似304。
工程材料及成形技术基础复习题
材料复习题一.解释下列名词1.过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度之差。
2. 临界冷却速度:钢淬火时获得马氏体的最小速度。
3．淬硬性: 是指钢在淬火时所能获得的最高硬度, 淬硬性大小主要决定于马氏体的含碳量。
马氏体含碳量越高则淬硬性越高。
(反映钢材在淬火时的硬化能力)。
4.调质处理: 淬火+高温回火得到回火索氏体的热处理工艺。
5.淬透性: 是在规定的淬透条件下, 决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。
6．共析转变:两种以上的固相新相, 从同一固相母相中一起析出, 而发生的相变。
7.时效强化: 是合金工件经固溶热处理后在室温和稍高于室温保温，以达到沉淀硬化的目的，这时在金属的过饱和固溶体中形成溶质原子偏聚区和由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化，提高材料的性能。
8. 固溶强化:由于溶质原子溶入而使金属强硬度升高的现象。
9. 同时凝固原则: 铸件时使金属按规定一起凝固的原则。
10.顺序凝固原则:铸件时使金属按规定从一部分到另一部分逐渐凝固的原则。
二.判断正误1.珠光体的片层间距越小,其强度越高,其塑性越差。
错2.普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。
错3.金属凝固时,过冷度越大,晶体长大速度越大,因而其晶粒粗大。
错4.金属的晶粒越细小,其强度越高,但韧性变差。
错5.凡能使钢的C曲线右移的合金元素均能增加钢的淬透性。
对6.感应加热表面淬火的淬硬深度与该钢的淬透性没有关系。
对7.对灰铸铁不能进行强化热处理。
对8.钢的临界冷却速度Vk越大,则其淬透性越好。
错9.工件经渗碳处理后,随后应进行淬火及低温回火。
对10.马氏体的硬度主要取决于淬火时的冷却速度。
错11.钢的临界冷却速度Vk越大,则其淬透性越好。
错12.钢的淬透性,随零件尺寸的增大而减小。
错13.确定铸件的浇注位置的重要原则是使其重要受力面朝上。
错14.钢的碳当量越高,其焊接性能越好。
错15.表面淬火主要用于高碳钢。
错16.过共析钢的正常淬火一般均为不完全淬火。
表面技术
•谢谢观赏
Laser surface treatment
All girls
鲁翠翠 李新 娇 李玲莉 孙 忍
怎样解决下面的问题？？？
• 1.提高马氏体不锈钢涡轮叶片的耐腐蚀性 • 2.改善涡轮叶片的抗疲劳能力和应力腐蚀 开裂 • 3.发动机气门座表面硬.提高马氏体不锈钢涡轮叶片的耐腐蚀性
• 过程：材料表面局部升温、气化、电离产
生高压力的等离子体膨胀，对材料表面造 成冲击波或应力波。
• 优点： • 激光冲击硬化可用来改善金属材料的机械 性能，特别能有效的提高材料的抗疲劳断 裂性能和硬度。 • 例如，对涡轮叶片即马氏体不锈钢冲击处 理后发现，马氏体的转变使表面硬度提高 150%-200%。 • 与传统的喷丸、锻打相比，洁净无公害， 可处理拐角、圆角等部位。
• （4）激光熔覆层组织致密，微观缺陷少，结合强 度高，性能更优。 （5）激光熔覆对环境无污染，无辐射，低噪声， 劳动条件得到较大程度的改善。 激光熔覆
4、损坏部件的修复
• 激光熔覆修复六大技术优势：
• （1） 被激光熔覆修复的零部件变形小 • （2）基材与熔覆材料为冶金结合，结合强度与母 材相当 • （3）熔覆层可达到无气孔、疏松、夹杂、裂纹等 缺陷 • （4）可以根据零部件工况情况，设计配置特定性 能的特殊材料，具有很强的灵活性 • （5）由于可以在零部件的关键部位进行熔覆修复， 因此可以节约大量贵金属材料甚至战略材料 • （6）针对特大型零部件，可以根据实际情况进行 现场熔覆修复
• （5）几乎不破坏表面粗糙度，采用防氧化保护薄 涂层。 • （6）不需要加热和冷却介质，无污染，清洁环保， 效果好。 • （7）加工过程采用计算机控制，质量可靠，效率 高。
2.改善涡轮叶片的抗疲劳能力和应力腐 蚀开裂
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发表学术论文77篇、国家发明专利5项、国际专利3项。
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质量调控的新技术与研发现状
游凯,宋丹,程兆俊,等. 金属材料表面纳米化研究现状[J]. 热加工工艺,
2016, 45(4):15-18.
黄海威,王镇波,刘莉,雍兴平,卢柯. 马氏体不锈钢上梯度纳米结构表层 的形成及其对电化学腐蚀行为的影响[J]. 金属学报,2015,51(5):513-518. 何家文.追溯历史评表面形变纳米化[J].中国表面工程, 2014, 27(5):1-13. 李东,裴广玉. 金属材料表面纳米化机制研究现状[J]. 材料导报, 2013,
质量调控的新技术与研发现状
1、刀剪产品优质钢号冶炼技术
十八子作：已使用7Cr17Mo、6Cr18Mo、9Cr18Mo等； 邓家刀：已使用9Cr15MoV9。 宝钢：9Cr18MoV，一种硬度和耐腐蚀性俱佳的控氮高强度不锈钢。
姚迪,李晶,李积回,朱勤天. 高碳不锈钢刀剪材料轧制过程中的碳化物[J]. 材料热处理学报, 2014, 35(11):129-133. 姚迪,李晶,李积回. 7Cr17MoV不锈钢刀剪材料塑性变形的组织与性能[J]. 金属热处理, 2014, 39(2):39-42. 尹燕,刘钊,孙鹏,张瑞华,李积回. 高端刀具异种钢A-TIG焊焊接性[J]. 焊接学报, 2014, 35(11):35-38. 王紫阳,倪红卫,陈荣生,詹玮婷,张超,李有维,李积回. Ag/N离子复合注入刀具不锈钢(AISI420)的表 面性能研究[J]. 材料导报, 2014, 28(s1):383-385. 王亮亮,李晶,周文,李积回. Mg对刀剪用钢中夹杂物影响的试验研究[J].南方金属, 2012,(3):1-3. 周文,李晶,王亮亮,李积回. 刀剪材料9Cr14Mo电渣锭尾夹杂物的分析[J]. 材料与冶金学 报,2011,10(s1):100-102.
质量调控的新技术与研发现状
3、刀剪产品刃口磨削表层纳米化技术
中科院卢柯院士、法国国家技术科学院吕坚院士： 1998年在国际上首次提出了“金属材料的表面纳米化”
概念，即对金属材料的表面进行处理使其表面层中组织结
构细化至纳米尺度，利用具有优异性能的纳米结构表面层 提高整体材料的性能。 发明了实现表面纳米化的新技术 — 表面机械研磨处理 (Surface mechanical attrition treatment，SMAT)
中国材料人之殇！
中科院卢柯院士：我国材料领域学术论文高居世界第一，但从高铁 的关键材料到日用的切菜刀都大量依赖进口。 出路：鼓励全民创业、自主创新； 培育精益求精的工匠精神； 增品种、提品质、创品牌； 思考：材料科学与工程学科的四要素 — 成分/结构、制备/加工、性质和效能 6
不锈钢刀剪产品质量概况
马素媛. 金属材料磨削影响层硬化软化的表征与研究[D]. 中国科学院金 属研究所,2004.
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质量调控的新技术与研发现状
4、刀剪产品刃口激光表面强化处理技术
（1）激光熔覆处理 居毅,叶秉良,郭绍义,姚建华. 3Cr13厨刀表面激光熔覆处理的组织性能研究[J]. 浙江工程学院学报, 2002, 19(2):106-108.
滚压，在高载进行短时滚压强化后，在低载长期服役。
钢铁表面自纳米化的主要机制：大塑性变形诱发晶粒碎化和应变诱导 相变。
刀剪产品刃口：借助可控磨削工艺实现表层纳米化？？
马素媛,陈瑞,王东林,等. 低碳马氏体不锈钢0Cr13Ni4Mo磨削表层屈服 强度的研究[J]. 机械工程学报,2005,41(6):25-29.
面临的共性问题：
1）钢号新品种较少、冶金质量尚待提高；— 国家层面
2）刀剪行业/企业缺少战略性自主知识产权和核心技术；— 企业层面 3）基于调和关键性能指标矛盾的创新技术研发和储备尚不够。— 行业 12
报告提纲
不锈钢刀剪产品质量概况
质量调控的新技术与研发现状 纳米表面工程技术解决方案
前期研发工作
锋利度取决于刀刃硬度、晶粒度、几何角度。 日本刀开锋角度在15度，德国刀在20度(17度)。
8
不锈钢刀剪产品质量概况 菜刀制作流程：
选料、切割、锻造、淬火热处理、研磨抛光、平衡点定位、刀柄配 制、开刃、开锋等40道生产工序，每一工序均需严格的质量把控。
共性/核心技术：
1）选料：C、Cr、Mo、V、Co、Si、Mn、S、P，“合金化” 2）锻造：“千锤百炼”，碳化物碎化、成分均匀化、组织超细化 3）热处理：淬火-回火-(深)冷处理工艺优化 4）磨削：刃口表面自纳米化
质量调控的新技术与研发现状
吴建军. 1Cr17不锈钢表面纳米化组织结构及性能研究[D]. 山东建筑大学, 2013. 王金甲,杜晓东,高振. 4Cr13、7Cr17Mo马氏体不锈钢组织和性能比较[J]. 合肥工业大学学报:自然科学版, 2012, 35(9):1172-1175. 李远睿,邓丽萍,辉志强,王书珍. 锋利度持久刀剪用4Cr10Si2马氏体不锈钢 的研制[J]. 重庆大学学报:自然科学版,2011,34(1):72-76. 白鹤,王伯健,沈志军,王平怀. 热处理对含钼2Cr13马氏体不锈钢组织与性 能的影响[J]. 金属热处理,2010,35(3):71-75. 李明珠,赵云龙. 提高2Cr13马氏体不锈钢疲劳强度的工艺研究[J]. 热加工 工艺, 2010,39(12):171-172. 邓凡宇,马党参,刘建华,等. 热处理工艺对新型刀具用马氏体不锈钢 6Cr15Mo组织和性能的影响[J]. 特殊钢,2010,31(6):53-55. 17
姚建华,熊缨,陈智君,孙东跃. 不锈钢刀具刃口激光强化工艺设计与应用[J]. 应 用激光, 2002, 22(3):293-296.
德国：主要采用1.4116、 X50CrMoV15等马氏体不锈钢 日本：主要采用VG-10不锈钢材或青纸钢
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不锈钢刀剪产品质量概况
中国四大刀具之都：浙江杭州、重庆大足、山东临沂、 广东阳江。
阳江十八子作为阳江刀具产业龙头，全市从事日用五金
刀剪生产和出口的企业有1500多家，市值500多亿，企业 90%依赖出口欧美市场。
不锈钢刀剪产品质量概况
锋利度和持久度 刀的锋利度和持久度，材料和工艺的影响是决定性的。日系刀占优！ 硬度最关键，硬度越高，刀越锋利，持久度越好，但同时韧性低，易 损坏，且防锈性能差，维护难度大。 硬度、韧性、防锈性能是此消彼长关系。
一般厨刀用钢的洛氏硬度在55-65 HRC之间 日本刀硬度大，在60-62 HRC； 德国刀硬度略低，在55-58 HRC； 中式刀硬度最低，50 HRC左右。为表面强化技术应用提供空间！ 氧化锆陶瓷刀的硬度最高，不在HRC测定范围内。HRC达84以上。
纳米表面工程：
以纳米材料和其它低维非平衡材料为基础，通过特 定的加工技术、加工手段，对固体表面进行强化、改性、 超精细加工或赋予表面新功能的系统工程。
【2000年徐滨士院士等人提出】
4
不锈钢刀剪产品质量概况
纳米表面工程的实质：
通过纳米技术大幅度提升表面性能的系统工程。
纳米表面工程的内涵：
基于不锈钢刀剪产品质量调控的
纳米表面工程技术集成与研发
匡同春
加油
教授
华南理工大学材料科学与工程学院 华南理工大学材料表面工程与薄膜技术创新研发中心 中山市材料表面科技公共服务平台 2016年11月25日
报告提纲
不锈钢刀剪产品质量概况
质量调控的新技术与研发现状 纳米表面工程技术解决方案
前期研发工作
北京：王麻子(1651年)……
福建：永德利(1735年)……
国外菜刀品牌：
德国：双立人(1731年)、菲仕乐(1845年)、福腾堡、三叉…… 日本：旬刀、KYOCERA京瓷(1959年)……
瑞士/瑞典
…… 10
不锈钢刀剪产品质量概况
菜刀用典型材质：
国内：主要采用3Cr13(420)、4Cr13、5Cr15MoV等马氏体不锈钢
27(s2):5-8.
…… 已研究过的金属材料：纯铝、纯铜、纯钛、纯铁、304不锈钢、
316不锈钢、H13、GCr15、……等等。
19
质量调控的新技术与研发现状
喷丸影响钢件性能的重要因素是：残余应力、表层强度及粗糙度。 超声喷丸或高强度喷丸产生纳米化的同时，也使粗糙度提高。 表面形变强化提高抗磨性的典型零件是滚动轴承。常用的强化方法是
报告提纲
不锈钢刀剪产品质量概况
质量调控的新技术与研发研发工作
不锈钢刀剪产品质量概况
质量(Quality)的定义：
一组固有特性(Characteristic)满足要求(requirement) 的程度。
质量控制的定义：
质量管理的一部分，致力于满足质量要求。
高端刀剪产品质量要求： 关键要素：1）产品设计；2）材料品质；3）工艺技术；4）性质效能 产品设计：人体力学、切削习惯、外观美学、花纹样式等 材料品质：钢的成分调控、洁净度(超低杂质)、铸坯质量、显微组织等 工艺技术：热锻/热轧、冷轧/拉拔/冷镦、热处理、表面强化、机械加工等 性质效能： 硬度、强度、塑性、韧性、抗疲劳性、耐磨性、耐蚀性、锋利度、耐用 度、热强性、耐热性、热加工性能、冷加工性能、可焊性、易切削性、可涂 覆性、磁性等 通常来说，刀剪产品主要性能指标中存在的凸出矛盾有： （1）硬度(耐磨性)与韧性(强度) — 组织纳米化可调和！ （2）硬度(耐磨性)与耐腐蚀性 — 表面涂层技术可调和！ 7
5）刃口强韧化处理：表层自纳米化、激光强化处理、渗/涂层技术
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不锈钢刀剪产品质量概况 国内菜刀品牌：（Ref: 2015/2016菜刀十大品牌排行榜）
广东：十八子作(1983年)、巧媳妇(1996年)、银鹰 (1979年)、永光(1956年)…… 浙江：张小泉(1663年)、苏泊尔 (1994年)、爱仕达 (1978年)、楼龙(1992年)……