好久沒出來露臉了，你不會忘記我的。
這么久沒出來，主要是因為最近在忙項目。
此外，還要考慮后續文章的連續性，即先寫什么，再寫什么。
幾天前，一些朋友看到了我朋友圈發送的五一節風景照片，稱贊我，對我說，你已經很久沒有更新日記了，我想你沒有更新。
我說，怎么可能，我會更新，這個月會更新。
這不，今天，我就來了。
雖然有點晚了，但我想說，我想死你。
言歸正傳。
上周五，當我選擇潔凈室使用的微導軌時，其中一個是材料的選擇。
導軌供應商表示，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，找到了以下不銹鋼性能列表，就像導軌供應商說的一樣。
事實上，奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼經常用于機械設計，因為它們具有良好的物理和力學性能。
例如，常用的奧氏體不銹鋼AISI303和AISI304，彈性模量200Gpa屈服強度約為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，屈服強度可達345Mpa－1420Mpa，440C熱處理后，屈服強度甚至可以達到1900Mpa。
淬火（Quenching），將工件加熱到奧氏體化的臨界溫度超過30-50℃保溫后取出，在水或油中快速冷卻。過去，鐵、鐮刀、砍刀等都會淬火，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、油或水中冷卻的過程中，保溫后取出。回字體現了再次的含義，這是在淬火后，一般淬火后都需要做回火，以消除內應力，使組織穩定。
馬氏體不銹鋼系統
奧氏體不銹鋼系統
眾所周知，奧氏體不銹鋼無磁性，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。
那么問題來了，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？應用有什么區別？
這些問題經常出現在我的腦海中，每次我去查詢，但一段時間后，我不記得兩者之間的區別，甚至經常逆轉馬氏體和奧氏體的性質，你有嗎？
所以這兩天我重新梳理了兩者的區別。今天我就來分享一下。如果有錯誤，歡迎指出，共同進步。
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？
說到馬奧體，我想我們必須從純鐵開始。
因為馬氏體和奧氏體本質上是在純鐵的基礎上，在一定溫度下形成不同濃度的碳。
眾所周知，當純鐵加熱到熔點1538度以上時，純鐵變成液體。
純鐵在液體冷卻過程中，在不同的溫度范圍內結晶成不同組織的晶體。
結晶是指液體變固體。
晶體是指原子在空間中定期排列的物體。
這里有幾個關于晶體的概念，需要釋。
為了便于理解，我打了個比喻，把原子當成蘋果。現在我們想給客戶發一批蘋果。我們不會直接把蘋果扔在卡車上，而是先裝箱，每個盒子都按照一定的規則放置。一盒一盒的蘋果是晶胞。
幾盒蘋果裝滿一輛車后，稱為晶粒。不同尺寸的汽車可以裝不同數量的盒子，形成不同尺寸的晶粒。所有的汽車都裝滿了，運輸給客戶，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里的蘋果組成的，晶胞是由原子組成的。
例如，鐵結晶成體心的立方結構，從熔點到1394度δ-Fe，從1394到912度，結晶成面心立方結構，稱為γ-Fe，當溫度降至912度以下時，又有體心立方結構，稱為α-Fe。
晶體結構：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，稱為固溶。
碳溶于α-Fe稱為鐵素體Ferrite=F，或者保持體心立方結構，碳溶于γ-Fe稱為奧氏體Austenite＝Au，奧氏體塑性好，易變形，仍有面心立方結構。
但是，因為γ-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。
如果碳的質量分數超過兩者的溶解度極限，會發生什么？
會形成化合物Fe3C，稱為滲碳體：Cementite，碳含量可達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會向α-Fe因此，單個奧氏體不存在。
當溫度低于727度時，奧氏體會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，當碳含量小于0時.在0218%，在室溫下形成的組織是鐵素體。
當含碳量為0.77%時，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。
當含碳量是4.3%時，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。
但沒有單獨的奧氏體存在。
奧氏體不銹鋼從何而來？
說到這里，我們不得不談談碳鋼的加熱和冷卻過程。
碳鋼是以鐵和碳為主要成分的合金，碳的質量分數為0.0218%-2.鐵碳合金的11%稱為鋼。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，叫高碳鋼。
合金是指一種金屬元素和其他元素結合在一起，形成有金屬特性的物質。例如，家里的鋁合金窗戶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由于強度和密度比大，8090和鈦合金常用于飛機結構。
在室溫下，不同質量分數的碳鋼在加熱到臨界溫度以上后會形成奧氏體。奧氏體的一個特點是，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線對應的溫度表示不同質量分數的碳在加熱時開始轉化為奧氏體。例如，當室溫組織為珠光體碳鋼時，當加熱到727度時，奧氏體開始形成。
例如，碳含量為0.77%的碳鋼(又稱共析鋼)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等溫會形成貝氏體Ms-Mf等溫形成馬氏體。
奧氏體等溫轉換圖
奧氏體等溫轉換圖可能存在的組織
當奧氏體在727-560度之間保溫時，首先會在奧氏體晶體邊界（晶粒邊界）形成滲碳體，滲碳體生長緩慢，使周圍的奧氏體缺碳，因此兩側會形成鐵素體，形成小珠光體單元，許多小單元擴散交錯疊加，最終使整個奧氏體成為珠光體，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，因此貝氏體是過飽和鐵素體和滲碳體的混合物。
Ms馬氏體開始改變溫度，即Martensite Start，碳鋼質量分數不同，對應Ms不同，Ms變化在150-310度左右。Mf表示馬氏體轉換結束溫度，即Martensite Finish，也是根據碳質量分數變化的量，在-100到50度之間變化。
因為馬氏體在Ms－Mf轉換溫度低，速度快，只發生鐵素體晶體結構變化，碳原子沒有時間重新分布，保留在馬氏體中，碳質量分數與母奧氏體相同，因此馬氏體是碳α-Fe過飽和固溶體。
OK，在這里，我們終于有了馬氏體的概念，奧氏體在這里Ms－Mf由溫度范圍轉換形成的組織是碳α-Fe過飽和固溶體。
當然，由于工件在實際熱處理中經常連續冷卻，而不是保溫，最終常溫組織一般采用冷卻速度進行估計。
奧氏體連續冷卻圖
例如，退火（Annealing），相當于爐冷，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程中會慢慢生長，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，得到細珠光體，又稱索氏體，非常小的珠光體稱為托氏體。
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中間的過飽和固溶體保持了鐵素體的體心立方體結構，但由于內部有大量過飽和碳原子，原子排列擁擠，產生較大的內應力，因此馬氏體具有較高的強度和硬度。如果碳含量增加，強度和硬度也會增加，但會變得非常脆弱，必須回火以消除內應力。
說到這里，我覺得有必要談談退火和正火熱處理的含義。
退火（Annealin g），就是將工件加熱到臨界點，也就是相圖中的A1，A3，Acm線以上，或者在臨界點以下某一溫度保溫一定時間后，十分緩慢地冷卻的過程，例如爐冷，坑冷等，目的是改善組織，細化晶粒，降低硬度，改善加工性能，減小應力等。
退火可以理解為退去工件內部的“火”，金屬和人一樣也有火，比如內部的熱應力就是一種火。退火時不能太急，必須慢慢來，才能見效，就像人上火了，可以通過喝茶慢慢降火一樣。
正火（Normalizing）,和退火有點類似，不同的是，正火是在空氣中冷卻，冷卻速度要快一些，目的是細化組織，適當提高硬度和強度，可加工性等。
正火，從單詞Normalize演化而來，可以理解為正常化，什么叫正常化，在空氣中冷卻就叫正常化，因為在爐中或者在水中冷卻，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。
應用上，低碳鋼和低碳合金鋼，常以正火做預備熱處理，而高碳鋼一般用退火做預備熱處理，因為碳含量高，硬度也高，不容易加工，退火以降低硬度，提高加工性能。
OK，到這里，我們終于把馬氏體和奧氏體的來歷給弄清楚了，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？
上面說過，在室溫下，奧氏體不單獨存在，且其在鋼中的成分不高，所以不能稱為奧氏體鋼。
但是，當鋼中加入某些足夠多的合金元素時，就會擴大奧氏體相區，例如加入9%的鎳，或者13%的錳等，則可使A3線下降，使得奧氏體穩定在室溫，形成奧氏體鋼。
所以奧氏體鋼，其實是一種合金鋼。
為什么要在碳鋼中加入合金元素呢？
因為碳鋼雖然有良好的力學和加工性能，價格也便宜，但是它存在不容易完全淬透，強度不夠高，不具有耐腐蝕，耐高溫，耐磨等特殊性能。
合金元素的加入，剛好可以彌補這些缺點，所以實際工程中，大量使用的是合金鋼。
當然，并不是每一種合金元素都使得奧氏體區域擴大，有的合金元素的加入會減小奧氏體區域，甚至使奧氏體區域消失。
例如，Si、Cr、AL、Ti等的加入，當加入的鉻元素達到17%-28%，常溫下奧氏體區域消失，鋼在室溫下呈單相鐵素體組織，稱為鐵素體鋼。
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，減少了金屬內部因為組織的不同，而形成的微電池數量，從而也就提高了抗電化學腐蝕的能力。
什么是電化學腐蝕？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，構成無數個微電池。α電位低，形成微電池的陽極，不斷析出鐵離子，也就是被腐蝕，F3C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，例如用來制作散熱器的黃銅，是銅鋅合金，使用中容易脫鋅，因為銅的電極電位比鋅的電位高，所以，一般會加入鋁，硅，鎳等微量元素，防止脫鋅。
同時，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中不容易生銹，所以叫奧氏體不銹鋼。
類似地，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。
因為合金元素單一，馬氏體不銹鋼只在非氧化介質中，例如大氣，水蒸氣中有較好的耐腐蝕性能，而在非氧化介質中，例如鹽酸溶液中，耐腐蝕能力變得很低。
所以奧氏體不銹鋼的耐腐蝕能力比馬氏體不銹鋼高，如果對耐腐蝕能力有要求，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題，為什么奧氏體不銹鋼沒有磁性？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，沒有看到很好的解釋。
反正結果就是馬氏體和鐵素體有磁性，但是奧氏體沒有磁性或者僅有弱磁性。
如果你有很好的解釋，也歡迎在下面留言探討。
有時奧氏體呈現磁性，一般有兩個原因。
一是由于冶煉時成分偏析或熱處理不當，會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，奧氏體不銹鋼經過冷加工，組織結構也會向馬氏體轉化，冷加工變形度越大，馬氏體轉化越多，鋼的磁性也越大。
對于不銹鋼的應用，我們用得最多的還是303和304，但是因為304相對于303來說，可加工性差點，因為304粘刀具，所以用303的時候更多。
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。當然，有時候只做遮蓋用時，也用鋁板彎折，并做發黑表面處理，防止生銹。
420的應用也比較多，因為有時候工件太大了，303和304原材料沒那么大，就換成420的加工，不過都要做表面處理，如鍍鋅鍍鉻等，以防止生銹。
420和440C因為做調質后（淬火加高溫500-650度回火），屈服強度很高，所以也常常用于對于強度要求高的設計中，例如我之前提到的，機器人快換裝置中的柔性定位銷。
鴨，夜深了，明天還要工作，今天就寫到這里吧。
洗洗睡了。
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