产品样本应用文章
测定钢中残余奥氏体含量的方法有很多种，有基于X射线衍射的国家标准方法、金相法、磁性法和电子背散射衍射（EBSD）法。 常规X射线衍射方法的问题在于：当钢中存在严重织构等择优取向时，衍射强度测量值就会超过允许波动的相对范围，造成测量结果严重失真。当样品被X射线照射时，每一种晶相产生各自的X射线衍射模型，碳化物相也同样产生一种X射线衍射模型，所以碳化物会影响奥氏体相和马氏体相的衍射峰，从而影响奥氏体含量的准确测定。同时，单一样品测试时间较长，通常需要1小时以上。 金相法和磁性法对含量较低的残余奥氏体含量无法做到准确测量。 EBSD法测量奥氏体含量时操作简单、制样方便、扫描范围比较大，可以定性分析奥氏体在组织中的分布情况，但还不具备准确测量奥氏体含量的能力。因为当奥氏体分布于马氏体的晶界上，或者奥氏体晶粒非常细小时，会导致小奥氏体区域的菊池衍射花样模糊或者无法解析，在图像处理时这些奥氏体区域就被误处理成铁素体晶粒，导致奥氏体的测量结果偏低。 本文使用意大利GNR公司的AREX D残余奥氏体分析仪对低含量奥氏体样品进行测试。AREX D结合了传统X射线衍射方法，并改进了其不足，如：测试时间过长、数据分析繁琐、无碳化物扣除功能，这些问题都被AREX D所解决。 在现代工业生产加工体系中，残余奥氏体含量的精准调控是确保钢铁制品质量稳定性的关键环节。作为影响钢铁热处理后产品性能的核心指标，残余奥氏体含量的精确测量对于优化工艺参数、保障产品质量一致性具有不可替代的意义。 传统化学蚀刻法与金相分析法受制于检测灵敏度和测量精度的局限，难以满足工业级高精度检测需求。与之形成鲜明对比的是，X 射线衍射技术凭借卓越的检测性能，可实现低至 0.5% 的残余奥氏体含量精准测定。基于此技术优势，美国材料与试验协会（ASTM）专门制定了 E975 标准方法，规范 X 射线法在近无规结晶取向钢残余奥氏体含量检测中的应用。 意大利GNR公司AREX D 台式残余奥氏体分析仪严格遵循 ASTM E975 标准设计开发，作为专业级检测设备，突破了传统 XRD 需依赖附加模块开展残余奥氏体检测的技术限制。该设备集成模块化设计与智能化操作界面，具备操作流程简化、检测效率高、数据可靠性强等显著优势，操作人员无需复杂培训即可快速掌握使用方法，有效降低了专业检测的技术门槛，为工业生产过程中的质量控制提供了高效可靠的解决方案。 测试选取1.2%含量的残余奥氏体标准品，分别使用不同测试时间对样品进行测试，选择180 s及300 s时，测量结果显示＜1，无法得到正确数值，选择600 s时，结果稳定性较差，选择800 s时，测量结果较好，800 s测试结果参见下表。 意大利GNR公司AREX D 台式残余奥氏体分析仪凭借创新的一体化集成设计，在同类检测设备中展现出优势。其搭载的高分辨率检测器，可实现对样品残余奥氏体的含量快速获取，确保检测数据的时效性与准确性。配套的智能分析软件采用极简交互设计，用户只需简单操作即可完成全流程检测。系统具备自动数据采集、智能算法分析及可视化报告生成功能，摒弃传统人工计算与复杂数据处理流程，真正实现 “一键检测，即刻出报告” 的高效检测体验，大幅提升质量检测工作效率与分析的可靠性。
轴承钢中残留奥氏体的含量，对轴承的力学性能、尺寸稳定性有决定性的影响，与轴承材料的抗拉强度、冲击韧性，和疲劳强度存在一定的对应关系。 轴承套圈在油中冷却后，是直接进行回火处理，还是淬火后继续进行冷却，再回火处理，对轴承套圈的硬度、金相组织都有较大影响。 众所周知，马氏体的转变是在Ms-Mz点完成的。由于铬轴承钢（Gcr15）的Mz点是处在较低的温度，如果按正常热处理工艺（淬火+低温回火）处理，则淬火后的残留奥氏体含量较高，一般残留奥氏体在15%以上，残留奥氏体在低温回火时，也不易分解。因此，对尺寸稳定性要求较高的精密轴承来说是不利的。 低温下（低于室温）残留奥氏体是不稳定成分，但由于奥氏体在低温下等温转变较缓慢，所以，当冷却到工作温度以下时，会产生残留奥氏体的缓慢转变，为此，要稳定金相组织、减少变形，必须通过相应的冰冷处理，以减少残留奥氏体的含量，使之尺寸稳定化。另外，为了与国际接轨，新的高铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件《JB/T1255-2001》（修改版），将提出要增加对残留奥氏体含量的检测项目。 本文使用GNR公司AREX D残余奥氏体分析仪对铬轴承钢滚子样品进行奥氏体测试。 在许多工业生产加工过程中，对残余奥氏体含量的控制非常严格，精确测量其含量，对于钢铁热处理过程中产品特性和质量的控制有重大意义。因为化学蚀刻和传统金相研究存在灵敏度和准确度较低的情况，所以无法做到工业生产中对残余奥氏体的精确测量，而X射线衍射法可以测量低至0.5%的残余奥氏体含量，故ASTM颁布E975标准方法：X射线法测量近无规结晶取向钢中残余奥氏体的含量。AREX D 正是根据此标准设计开发，并且为专用的台式残余奥氏体分析仪，无需依靠 搭载模块在常规XRD上 实现残余奥氏体测试，具有操作简便、检测速度快、数据准确等特点，对操作人员要求不高，做到轻松上手。
近年来，鉴于燃料消耗的减少，汽车行业一直致力于减轻车辆重量。在这种情况下，对能够结合高机械性能和提高变形能力的新材料的研究开发了先进高强度钢（AHSS）类别，该类别代表了一类通过成分和热处理的创新组合获得的钢，其特征是微观结构和性能无法通过传统途径开发。钢类，如双相、相变诱导塑性（TRIP）、复合相、孪晶诱导塑性、淬火和分配（QP）等，属于AHSS家族。QP这种热处理旨在稳定马氏体基体中的一部分残余奥氏体（RA）。RA的存在能够提高钢在完全马氏体条件下的延展性，此外，当受到外部载荷时，通过TRIP效应发生应变诱导转变为马氏体，这在保持高机械性能的同时提高了延展性。随着应变诱导转变延迟颈缩的开始，总伸长率（TE）和均匀伸长率（UE）增加。最终结果是一种具有极限抗拉强度（UTS）和延展性的钢，这是传统处理方法难以获得的。该处理包括马氏体开始温度和完成温度之间的初始淬火，而后续步骤涉及等温保持过程中的碳分配。在分配过程中，碳从过饱和马氏体扩散到奥氏体相，并增强了其在室温下的稳定性。 RA的量、形态和稳定性是与热处理有效性相关的因素。奥氏体中较高的碳浓度与较高的稳定性相关，即应变过程中能量吸收的增加和较高应变下颈缩的延迟。在应变过程中，奥氏体晶粒通过应变诱导转变逐渐转变为马氏体，从不太稳定的晶粒开始，向更稳定的晶粒移动。 由于整个过程基于碳扩散，QP钢的化学成分经过了调整，以最大限度地提高处理效果。在分配过程中，碳从过饱和马氏体中扩散，通过这种方式回火。根据分配条件，这种现象会导致马氏体变形的减少，这种变形可能或多或少地强烈，从而导致不同的本体特性。碳应在奥氏体内部扩散，多项研究表明，添加高于1.5%的硅可以增强奥氏体的稳定性。 本文探讨了单步淬火和分配（QP）处理在低硅商业AISI 4140钢中的应用，并采用意大利GNR公司的残余奥氏体分析仪AREX D对AISI 4140钢进行测试。 在许多工业生产加工过程中，对残余奥氏体含量的控制非常严格，精确测量其含量，对于钢铁热处理过程中产品特性和质量的控制有重大意义。因为化学蚀刻和传统金相研究存在灵敏度和准确度较低的情况，所以无法做到工业生产中对残余奥氏体的精确测量，而X射线衍射法可以测量低至0.5%的残余奥氏体含量，故ASTM颁布E975标准方法：X射线法测量近无规结晶取向钢中残余奥氏体的含量。AREX D正是根据此标准设计开发，并且为专用的残余奥氏体分析仪，无需依靠 搭载模块在常规XRD上 实现残余奥氏体测试，具有操作简便、检测速度快、数据准确等特点，对操作人员要求不高，做到轻松上手。本文成功地将单步QP处理应用于AISI 4140（42CrMo4）低合金钢。所提出的QP处理在室温下有效地稳定了商用低合金钢马氏体微观结构中相当一部分RA（4.6%至7.8%）。在所研究的条件中，AISI 4140在240°C下10分钟的QP提供了最高含量的RA。
过冷奥氏体是一种在金属材料中形成的结构,它是在低于材料的平衡熔点时形成的一种非晶态或亚晶态结构，具有非常高的硬度和强度。过冷奥氏体的形成通常是通过快速冷却或快速凝固来实现的，这种快速过程可以防止材料中原子的重新排列，从而形成非晶态或亚晶态结构。 在过冷奥氏体的结构中，原子的排列方式非常紧密，没有规则的晶体结构。这种结构的形成使材料具有了很强的力学性能，如高硬度、高强度和高韧性等。过冷奥氏体在材料制备和加工中具有重要的应用价值，可以用来制备高强度、高韧性和高耐磨性的材料，如钢、铁、铝等。此外过冷奥氏体还可以用来制备非晶态合金、纳米材料等。 过冷奥氏体的形成是一个复杂的过程，涉及到材料的物理和化学性质，如熔点、熔化热、表面张力、原子间的相互作用力等。因此，在实际应用中，需要对材料的物理和化学性质进行深入的研究和了解，以便更好地控制和调节过冷奥氏体的形成和性质。 总之，过冷奥氏体是一种重要的材料结构，具有非常高的硬度和强度，广泛应用于材料制备和加工中。对于未来的材料科学和工程领域而言，过冷奥氏体的研究和应用具有非常重要的意义，可以为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
淬火残留奥氏体评级图金相图谱，奥氏体是碳与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体，仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处。 奥氏体是碳与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体，仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处。
回火相变的概念 回火温度通常在200-300℃之间。所得组织为回火马氏体。钢淬火后的残余奥氏体量主要取决于钢的化学成分。 残余奥氏体本质上与过冷奥氏体相同，过冷奥氏体可能发生的转变，残余奥氏体都可能发生。但与过冷奥氏体相比，已经发生的转变将给残余奥氏体带来化学成分上以及物理状态上的变化，如塑性变形、弹性畸变以及热稳定化等等，这些因素都会影响残余奥氏体的转变动力学。 残余奥氏体向珠光体及贝氏体的转变 将淬火钢加热到Ms点以上、A1点以下各个温度等温保持，残余奥氏体在高温区将转变为珠光体，在中温区将转变为贝氏体。 图1 Fe-0.7C-1Cr-3Ni钢奥氏体等温转变动力学图 Fe-0.7C-1Cr-3Ni钢中残余奥氏体的等温转变动力学曲线如图所示，图中虚线为过冷奥氏体，实线为残余奥氏体。 由图可见，两者的等温转变动力学曲线十分相似，但一定量马氏体的存在能促进残余奥氏体转变，尤其使贝氏体转变显著加速。金相观察证明，此时的贝氏体均在马氏体与残余奥氏体的交界面上形核，故马氏体的存在增加了贝氏体的形核部位，从而使贝氏体转变加速。但当马氏体量增大到一定程度后，由于残余奥氏体的状态发生很大变化，反而使等温转变减慢。 意大利GNR公司是一家老牌的欧洲光谱仪生产商，其X射线产品线诞生于1966年，经过半个多世纪的开发和研究，该产品线已经拥有众多型号满足多个行业的分析需求。ARE X 为专用的残余奥氏体分析仪，无需依靠 搭载模块在常规XRD上 实现残余奥氏体测试，具有操作简便、检测速度快、数据准确等特点，对操作人员要求不高，做到轻松上手。
等温转变成马氏体 若将淬火钢加热到低于Ms点的某一温度等温保持，则残余奥氏体有可能等温转变成马氏体。 实验证实，此时在Ms点以下发生的转变是受马氏体分解所控制的马氏体等温转变，即在已形成的马氏体发生分解以后，残余奥氏体才能等温转变为马氏体。虽然这种等温转变量很少，但对精密工具及量具的尺寸稳定性将产生很大的影响。 二次淬火 淬火时冷却中断或冷速较慢均将使奥氏体不易转变为马氏体而使淬火至室温时的残余奥氏体量增多，即发生奥氏体热稳定化现象。奥氏体热稳定化现象可以通过回火加以消除。 将淬火钢加热到较高温度回火，若残余奥氏体比较稳定，在回火保温时未发生分解，则在回火后的冷却过程中将转变为马氏体。这种在回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象称为“二次淬火”。二次淬火现象的出现与否与回火工艺密切相关。 例如，淬火高速钢（如W6Mo5Cr4V2）中存在大量的残余奥氏体，若加热到560℃保温后，在冷却过程中残余奥氏体将转变为马氏体，即在560℃保温过程中发生了某种催化，提高了残余奥氏体的Ms点增强了向马氏体转变的能力。 若在560℃回火后冷却至250℃停留5分钟，残余奥氏体又将变得稳定，在冷至室温过程中不再发生转变。即在250℃保温过程中发生了反催化（稳定化），降低了残余奥氏体的Ms点，减弱了向马氏体转变的能力。上述这种催化与稳定化可以反复进行多次。 因此，可以清楚的是，高速钢（风钢/锋钢）淬火后采用3次回火时，不能用一次长时间的回火来代替3次回火，因为残余奥氏体转变为马氏体是在回火后的冷却过程中才能进行的。并且，未冷至室温，不宜马上装入回火炉内进行回火，因为这个时候可能正在进行残余奥氏体向马氏体的转变，否则就会出现回火不充分的现象。 意大利GNR公司是一家老牌的欧洲光谱仪生产商，其X射线产品线诞生于1966年，经过半个多世纪的开发和研究，该产品线已经拥有众多型号满足多个行业的分析需求。ARE X 为专用的残余奥氏体分析仪，无需依靠 搭载模块在常规XRD上 实现残余奥氏体测试，具有操作简便、检测速度快、数据准确等特点，对操作人员要求不高，做到轻松上手。
渗碳是很早就被应用的热处理工艺，渗碳热处理的对象通常为低碳钢，渗碳后材料表面高的碳含量能够增加材料的硬度提升耐磨性能，芯部由于没有碳原子的进入从而保持其原有的韧性，这种表硬芯韧的综合性能对材料的弯曲疲劳性能的提升有很大帮助。 渗碳热处理工艺通常由强渗、扩散、淬火、回火等步骤组成，其中强渗指的是将材料加热到A c3以上，炉内通入含碳气氛并游离出较高的碳势（通常在0.8-1.2%），使活性碳原子自由扩散运动进入材料表面的过程。扩散指的是在略 低于强渗阶段的温度及碳势的工况下在炉内保温一段时间，使富集在材料表面的碳原子向材料芯部扩散。淬火指的是将材料由高温迅速冷却下来，使高温奥氏体相变为马氏体，常见的淬火介质有水和淬火油，其中水的冷却速度较快容易在材料表面产生较大的应力，使材料出现裂纹。回火包含低温、中温、高温回火，回火的目的是减小材料内部应力，降低材料脆性。 根据渗剂状态不同可将渗碳分为气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳和特殊渗 碳，其中气体渗碳是应用最为广泛的渗碳方式。气体渗碳的含碳气氛通常由一氧化碳（CO）、氢气（H2）和氮气（N2）组成，此外还会有少量二氧化碳（CO2）、水蒸气（H2O）以及残留的甲烷（CH4）和氧气（O2）。渗碳反应通常为甲烷和氧气发生反应生成水和一氧化碳，一氧化碳在高温下裂解为活性碳原子和氧气，氮气作为保护性气体存在。气体渗碳时还可以通过滴注煤油甲醇混合液体来产生含碳气氛，通过改变煤油和甲醇的比例来控制渗碳质量。煤油在高温下的裂解产物为氢气（H2）和甲烷（CH4），其特点为可用碳含量高，但渗碳速度低，当煤油含量过高时容易产生积碳；而甲醇可用碳低，但有较高的反应速度，炉内的碳势是通过控制渗剂的滴入量来调整的，结合渗碳设备内部的氧传感探头和红外传感器，可以实现对炉内碳势的精准控制。 意大利GNR公司是一家老牌的欧洲光谱仪生产商，其X射线产品线诞生于1966年，经过半个多世纪的开发和研究，该产品线已经拥有众多型号满足多个行业的分析需求。ARE X 为专用的残余奥氏体分析仪，无需依靠 搭载模块在常规XRD上 实现残余奥氏体测试，具有操作简便、检测速度快、数据准确等特点，对操作人员要求不高，做到轻松上手。
1 固溶化处理 1.1 固溶化处理温度：950-1150℃ 1.2 保温时间：比一般合金钢长20-30%。 1.3 冷却：碳化物形成温度区间(450-850℃)需快冷； 冷却方式有以下原则： 铬含量大于22%，且镍含量较高； 碳含量大于0.08%； 碳含量不大于0.08%但有效尺寸大于3mm的不锈钢，选用水冷。 碳含量不大于0.08%，有效尺寸小于3mm的不锈钢，选用风冷。 有效尺寸小于0.5mm的薄件可空冷。 2 安定化处理 安定化处理是含Nd或Ti的奥氏体不锈钢采用的热处理方法。 2.1 安定化处理温度：高于铬的碳化物溶解温度(450-870℃)低于或略高于TiC和NbC的溶解温度（750-1120 ℃）。一般推荐为870-950 ℃。 2.2 保温时间：2-4小时(依工件形状，合金元素等）。 厚度或直径为25mm的保温时间2小时，超过的加计1小时。 2.3 冷却：较小的冷却速度，如空冷或炉冷。 2.4 去应力退火方法 说明：表中方法顺序为优先选择顺序 A：1010-1120℃加热保温后缓慢冷却。 B：850-900℃加热保温后缓慢冷却。 C：1010-1120℃加热保温后快速冷却。 D：480-650℃加热保温后缓慢冷却。 E：430-480℃加热保温后缓慢冷却。 F：200-480℃加热保温后缓慢冷却。 保温时间：按每25mm，保温1-4h，较低温度时采用较长保温时间。 注： ?在较强应力腐蚀环境工作，最好选用Ⅰ类钢A处理，或Ⅱ类钢B处理。 ?工件在制作过程中，产生敏化情况下应用。 ?如果工件在最终加工后进行C处理时，此时可采用A或B处理。 意大利GNR公司是一家老牌的欧洲光谱仪生产商，其X射线产品线诞生于1966年，经过半个多世纪的开发和研究，该产品线已经拥有众多型号满足多个行业的分析需求。ARE X 为专用的残余奥氏体分析仪，无需依靠 搭载模块在常规XRD上 实现残余奥氏体测试，具有操作简便、检测速度快、数据准确等特点，对操作人员要求不高，做到轻松上手。
随着冶金技术的发展，各类优质不锈钢不断出现。尽管冶金行业可以不断研发优质钢种，但是需要正确的热处理才能更好的发挥不锈钢的功能。 不同钢种的不锈钢加热冷却过程中，基体组织转变不同，碳、氮化物以及金属间化合物生成转变不同，对不锈钢的性能影响不同。因此，在不锈钢热处理过程中应根据钢种和使用目的选择合适的热处理工艺。 1 奥氏体不锈钢热处理目的 奥氏体不锈钢基体组织为奥氏体，在加热和冷却过程中不发生马氏体相变，没有淬硬性。 奥氏体热处理的目的是提高耐蚀性，消除第二相带来的不利影响，消除应力，或使已经加工硬化的材料得到软化。 2 基础理论 2.1析出物生成温度 2.2 合金碳化物的析出与溶解 2.2.1 碳溶解度 304(18Cr-8Ni)，1200℃碳的溶解度0.34%，1000℃碳的溶解度0.18%。600℃碳的溶解度0.03%。（如下图所示） 304碳含量不大于0.08%，1000 ℃以上碳固溶于奥氏体中，由于碳原子半径小，所以温度降低时碳原子沿着晶界析出。 2.2.2 晶间贫铬 碳溶解度：温度降低，溶解度降低。 碳原子半径：原子半径小，溶解度降低，沿晶界析出。 稳定性：析出碳原子不稳定，与Cr、Fe生产稳定的Cr23C6或(FeCr) 23C6 。 原子扩散速率：碳原子半径小，扩散速率较大。铬原子半径大，扩散速率较小。 2.3 σ相 2.3.1 产生条件 620~840℃温区，长时间加热 加入铁素体形成元素，如Ti、Nd等。 采用形成铁素体形成元素高的焊条焊缝中。 以Mn、N代Ni的奥氏体中。 2.3.2 不利影响 降低塑性，特别是冲击韧性。 σ相是富金属间化合物，形成时易导致晶间腐蚀，Cl-介质中点蚀。 2.4 δ-铁素体 2.4.1 产生条件 铸造的铬-镍奥氏体不锈钢，铸态化学成份不均匀，铁素体形成元素偏聚区。 一些奥氏体不锈钢的焊缝组织中。 2.4.2 有利影响 含5-20%δ-铁素体，减少晶间腐蚀。 提高屈服强度。 在低应力条件下可降低应力腐蚀的敏感性。 焊接时，减少焊接热裂纹形成的可能性 2.4.3 不利影响 压力加工时易形成裂纹(两种组织变形能力不同)。 意大利GNR公司是一家老牌的欧洲光谱仪生产商，其X射线产品线诞生于1966年，经过半个多世纪的开发和研究，该产品线已经拥有众多型号满足多个行业的分析需求。ARE X 为专用的残余奥氏体分析仪，无需依靠 搭载模块在常规XRD上 实现残余奥氏体测试，具有操作简便、检测速度快、数据准确等特点，对操作人员要求不高，做到轻松上手。
