产品样本应用文章
小试样与大试样由于质量和体积有很大变化，热处理时在热形变上就会有所差异，而且由于热容量大小同也会造成差异。 试样形体大小不一样，传导热的速度是不一样的，即热处理的过程肯定是有区别的。主要是热传导速率问题，表现在奥氏体化过程，和之后的冷却过程，试样的大小，体积会影响热传导的速率，导致加热和冷却后晶粒的大小，基体力学性能及第二相的大小，分布都可能不同，还有内应力的不同。 导热速率会造成差异，加热过程由于薄厚试样温度达到环境温度时间不一样 也就是升温速度不一样，材料温度升到环境温度后，组织变化应该是一样的，在冷却过程也是小试样和大试样降温速度不一致，如果组织受降温速度影响明显 那么组织也会有差别。 加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。 金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。 加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度 ，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。 冷却也是热处理工艺过程中必要的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。
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。
与其他非铁磁性材料相比，铁磁性材料的物理性质有很大的不同。它具有很高的磁导率，对样品进行磁化时，样品表面会泄漏磁场，在低频外磁场作用下会产生微涡流信号，上述物理现象归因于铁磁材料自发磁化形成的磁畴结构，每个磁畴就像一块天然磁铁。铁磁材料内部存在许多小的磁畴结构，每个畴区包含大量的原子，同一畴区内的原子具有相同的磁矩方向，而相邻畴区内的原子具有不同的磁矩方向，它们由磁畴壁分开，磁畴的磁矩方向各不相同，但是相互抵消，总和为零，整个铁磁材料对外不显示磁性。因此，对于铁磁构件的应力检测，出现了许多的其特有的检测手段。相对于非铁磁材料而言，铁磁材料的应力检测方法更加种类繁多，越来越受到人们的广泛关注，在管道运输、轨道交通、桥梁工程等在役铁磁构件的承受应力评估中应用广泛。 铁磁性材料的磁畴在外磁场的作用下发生运动，引起材料的矫顽力、磁滞回线、磁声发射和巴克豪森噪声等宏观磁性能的变化。这些信号与材料结构和应力的变化之间联系紧密，密切相关。常用的磁无损检测技术主要有微观磁无损检测技术和宏观磁无损检测技术。微观磁无损检测技术主要有:磁畴动态特性；宏观磁无损检测技术有磁滞回线、磁记忆、漏磁、磁声发射、巴克豪森噪声和磁滞膨胀。微观的动态特性决定了宏观磁响应，宏观磁信号是许多微观域运动的综合结果。
1. 畴壁（domain wall） 畴壁是一种物理现象，它在磁场中尤为重要。具体来说，畴壁指的是相邻磁畴之间的原子磁矩不是突然转向，而是沿着一个磁矩方向逐渐变化的过程形成的边界。在这个过程中，原子磁矩不会平行排列，并且会偏离易磁化方向，导致交换能和各向异性能的增加。这样的结构有助于减少因自发磁化引起的能量损失。 在铁磁材料中，畴壁的存在是由于短程强交换作用和长程静磁作用的共同作用。磁畴的形成需要付出一定的代价，因为破坏了磁矩的两边平行排列，从而增加了交换能。为了减少这种能量的增加，磁畴之间的原子磁矩会在畴壁上逐渐变化，而不是直接转向。这样，磁畴分割得越来越细，需要的畴壁数量也就越多，总的是畴壁能越高。最终，系统达到的总自由能是很低的。 畴壁的厚度取决于交换能和各向异性能的平衡。不同的磁畴之间的磁化方向可能不同，因此畴壁可以分为180°壁和90°壁。磁畴的宽度一般在10^-2至10^-5 cm之间。 此外，畴壁的概念也被引入到了其他领域，例如在铁电体中，畴壁是指两个电畴之间的界壁。在铁电材料中，畴壁是用来描述具有不同极化方向的区块之间的分界的术语。 综上所述，畴壁是在磁场或铁磁材料中，由磁畴分裂形成的边界，它是由于磁矩在不同方向上的逐渐变化而产生的，并且在铁电体中，畴壁用来描述电畴之间的界面。 2. 布洛赫壁（Bloch wall） 布洛赫壁是一个德语单词，在英语中也被广泛使用，通常被翻译为“障壁”、“阻塞”或“屏障”。 在铁磁材料中，布洛赫壁是晶体材料内的一个特定结构。它描述了磁矩在大块晶体材料内部的过度方式。在布洛赫壁中，磁矩的过度方式始终保持与畴壁平面平行，因此，在畴壁面上不会出现自由磁极，这有助于防止退磁场产生并维持畴壁的能量极小。然而，晶体的上下表面会因磁矩的存在而产生磁极。 3. 磁巴克豪森跳跃（magnetic Barkhausen jumps） 铁磁材料在外部交变磁场的作用下，随着外磁场的增大，磁畴壁会多次发生跳跃式不可逆移动，材料内部产生非连续性的电磁脉冲，这种现象称为巴克豪森跳跃，也称为磁巴克豪森噪声。 巴克豪森法残余应力检测仪可以对材料的残余应力分布进行快速检测和鉴别。作为X射线衍射法的补充，对大量样品的快速鉴别效率极高，GNR公司现已推出MagStress5c 巴克豪森应力检测仪。
