摘 要

本文通过对钢材的硬度和耐腐蚀性能的测试以及金属微观组织与其性能的密切关系，对不同热处理工艺下的AUS-8不锈钢进行了综合分析，所得结果对于实际生产中如何对AUS-8不锈钢选择合适的热处理工艺具有重要的指导意义。

论文主要研究了不同的淬回火工艺对AUS-8的硬度和耐腐蚀性能的影响。

研究结果表明：在淬火950-1100℃中，AUS-8的硬度随温度的升高先增加后下降，在1050℃左右达到最大硬度值，抗腐蚀性能则递增。在回火100-200℃中，AUS-8的硬度随温度的升高而降低，抗腐蚀性能也随之降低。

本文的特色：在试样的侵蚀剂的选择上做了对比，从而选出最能显示并区分试样显微组织的侵蚀剂。

关键词：AUS-8；淬火；回火；硬度；性能；抗腐蚀性

Abstract

Through testing the hardness and corrosion resistance of steel and the close relationship between the microstructure and properties of metal, the comprehensive analysis of AUS-8 stainless steel under different heat treatment processes in this paper. The results obtained have important guiding significance for how to select proper heat treatment technology for in actual production.

The effect of different quenching and tempering processes on the hardness and corrosion resistance of AUS-8 stainless steel is studied in this paper.

The results show that in quenching 950-1100℃, the hardness of AUS-8 increases in first and then decreases with the increase of temperature, reaching the maximum hardness around 1050℃. Corrosion resistance increases with quenching temperature. In tempering 100-200℃, the hardness of AUS-8 decreases with the increase of temperature, and the corrosion resistance also decreases.

The choice of metal erosion agen to choose the best erosion agent to display and distinguish the microstructure of sample is the characteristic of this paper.

Key Words：AUS-8；quenching；tempering；hardness；property；corrosion resistance

目 录

第1章 绪论 1

1.1不锈钢的发展历程和分类 1

1.2马氏体不锈钢 1

1.2.1马氏体不锈钢的主要成分及合金化 2

1.2.2马氏体不锈钢的热处理 3

1.3 AUS-8马氏体不锈钢 4

1.3.1 AUS-8不锈钢的研究目的 5

第2章 AUS-8马氏体不锈钢的热处理实验 6

2.1 实验用的材料和热处理工艺各项参数确定 6

2.1.1马氏体转变温度（M_s） 6

2.1.2 淬火工艺参数 6

2.1.3 回火工艺参数 8

2.2热处理实验 10

第3章 AUS-8不锈钢的金相观察 12

3.1化学侵蚀法 12

3.2金相侵蚀剂的选择 12

3.2.1三氯化铁侵蚀剂 13

3.2.2一号卡林侵蚀剂 14

3.3金相组织观察实验 14

第4章 AUS-8不锈钢的性能测试 19

4.1硬度测试 19

4.1.1淬火温度对AUS-8不锈钢硬度的影响 19

4.1.2回火温度对AUS-8不锈钢硬度的影响 20

4.2抗腐蚀测试 20

第5章 结论 23

参考文献 24

致 谢 25

绪论

钢铁的冶炼在人类的历史发展中具有举足轻重的地位。从古代的冷兵器时代到现在的高新科技时代，上至航天航空军事，下至民众生活，到处都能找到钢铁的影子。钢铁的出现和发展，悄悄的改变着人们的生活。

1.1不锈钢的发展历程和分类

而在众多钢材中，不锈钢因其高硬度，高耐蚀性，易加工性以及有金属表面光泽等优良特性而广泛的应用在化工、医疗器械、汽车、军事、航空、生活餐具、合成纤维和石油提炼等行业中。

不锈钢是指对大气，酸碱和盐的腐蚀具有较好的抵抗效果的合金钢的总称，其“不锈”是指该钢能形成一层稳定的表面钝化膜，能抵抗周围腐蚀因素对钢的进一步的腐蚀，而这层膜具有良好的自我修复性、不溶性和气密性。不锈钢起源于一战时期，由当时的英国科学家亨利·布雷尔利而发明。而在随后的百年时间里，不锈钢得到飞速的发展，逐渐往功能性和特殊性方向发展。出现了能满足各种特殊条件的功能型不锈钢。

随着时代发展和人类生活水平的提高，人们对于日常生活用品的标准越来越高，已经不仅仅局限于功能性，对于其外观、装饰性以及对人体健康的要求也日益提高。而厨刀作为最常用和使用量巨大的日用品之一，厨房环境中的水、油盐酱醋和各类食材等极易造成金属材料的腐蚀，，普通的碳钢菜刀很快就变得锈迹斑斑，不仅影响美观，而且过量铁锈的摄入会对人体健康有着严重的损害，同时增加刀具耗损和断裂的概率。而不锈钢刀具的使用寿命较长，具有优良的耐蚀性，避免铁锈对健康的损害。不锈钢刀具除耐腐蚀性之外，还有很高的硬度和耐磨性，以及锋利度和锋利度持久度。

不锈钢有两种的分类方式：①按照合金元素分类可分为铬不锈钢，铬镍不锈钢和超级不锈钢等；②按照热处理下的组织形态可分为马氏体不锈钢，铁素体不锈钢，奥氏体不锈钢和双相不锈钢等。

1.2马氏体不锈钢

马氏体不锈钢是使用组织为马氏体的不锈钢的简称。马氏体不锈钢是铬含量一般在12%-18%的低碳或者高碳钢。相较于铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢等不锈钢种类，马氏体不锈钢具有高硬度、良好的耐磨性能和抗腐蚀性能；在常温的大气、水和弱腐蚀介质中, 展现出不俗的耐腐蚀性能;但对于腐蚀环境（如强酸）的耐腐蚀性能较差。

马氏体不锈钢也跟其他合金钢类似，能够通过各种适当的热处理工艺，从而进一步改善其性能，得到更高的硬度和耐蚀性，使其能满足于各种特殊环境的使用要求。

1.2.1马氏体不锈钢的主要成分及合金化

马氏体不锈钢在制作过程中为提高其性能，会加入各种合金元素（Cr、Ni、Mo、Mn和Co等）。按照合金成分来分可分为铬系马氏体不锈钢，铬镍系马氏体不锈钢，含氮马氏体不锈钢及马氏体时效不锈钢等钢种，如图1.1所示。

图1.1 各种马氏体不锈钢的合金元素表

C是奥氏体形成的重要元素，可改变铁碳相图，扩大奥氏体区，有利于奥氏体向马氏体的转变，同时也是第二相碳化物（如Cr₂₃C₇、Cr₇C₃、MoC等）形成的重要因素，这都对有助于马氏体不锈钢的淬硬性和耐蚀性能的提高。但同时不合理的碳化物析出也会使金属基体中的Cr耗损提高，容易在晶界形成贫铬区，导致形成不稳定的钝化膜，大大增加晶间腐蚀的概率，还有可能出现晶界的应力腐蚀，从而影响钢的耐腐蚀性能。因此，在马氏体不锈钢中的C含量一般会控制在0.1%-1.0%，有利于改善马氏体不锈钢的焊接性能。

Cr是马氏体不锈钢的最基本元素之一，是目前发现唯一能让钢产生钝化效应的合金元素，对马氏体不锈钢的抗腐蚀性能有着决定性作用。Cr元素的加入有助于提高固溶物的电极电位，增加不锈钢的点蚀电位，从而减少点蚀产生的概率；Cr还会在钢的表面产生一层稳定且致密的氧化保护膜，将金属组织和腐蚀介质隔开从而防止进一步侵蚀；另外Cr还能增加钢的淬透性，降低M_s点；但同时Cr是强铁素体的形成因素，过高含量的Cr会使金属间的化合物析出增加，而且会缩小铁碳相图的奥氏体区域，在冷却时阻碍奥氏体转变成马氏体，从而使钢的硬度，塑韧性和耐蚀性降低。因此，马氏体不锈钢中的Cr含量一般在12%-18%。

Ni元素是马氏体不锈钢中的重要元素之一，它是形成强奥氏体的重要因素，在铁碳相图中具有扩大奥氏体相区的作用；Ni能增加马氏体不锈钢淬透性，阻止淬火下铁素体的形成，有利于马氏体的转变；镍能起到固溶强化的效果，提高钢的性能；Ni也可以使马氏体晶体细化，改善钢的韧性；同时Ni还能提升钝化效果，增强钢对某些强酸的耐蚀性；另一方面，Ni过多会使钢中的残余奥氏体含量增加，从而降低钢的硬度。因此，Ni的含量一般在2%-6%。

Mo是有助于铁素体形成，但适量的Mo能达到固溶强化效果。

Mn是有助于奥氏体形成, 合适的Mn, 能使钢中产生一定的MnS,有利于降低δ-铁素体的含量, 提高钢的热加工性能;同时, 有助于提高钢的硬度;但是Mn含量过高, 会使钢中残余奥氏体的含量提高，并降低奥氏体向马氏体转变的温度。

Co有利于奥氏体形成, 有助于提高Ms点, 能够抵消其他合金元素降低Ms点的反作用, 有利于马氏体组织形成, 延缓马氏体向奥氏体的逆转变,；同时Co是以固溶形式存在，能优化金属基体的结构，使晶粒细化，组织均匀，增加钢的硬度但又不会影响其韧性。

1.2.2马氏体不锈钢的热处理

为了适应各种特殊的使用条件，需要根据零件尺寸和使用环境对马氏体进行合适的热处理工艺，来获得需要的组织和性能。合理的的热处理工艺能细化晶粒，减少应力以及促进碳化物的更均匀平衡。各种不同的马氏体不锈钢的热处理工艺如图1.2所示。

图1.2 各种马氏体不锈钢的热处理工艺、组织形态以及性能

淬火和回火是最常用的热处理工艺。马氏体不锈钢在淬火状态中，能促进奥氏体向马氏体的转变，改善组织形态。但不良的淬火处理也会使金属基体中的合金元素形成碳化物析出，从而降低性能。不适当的淬火温度会使马氏体中Cr含量降低，容易在在晶界形成贫铬区，形成不稳定的保护膜，降低钢的耐蚀性。因此合适的淬火温度和保温时间对于马氏体不锈钢的使用有重大意义。各种马氏体不锈钢的淬火处理以及硬度如表1.1所示。

表1.1 各种马氏体不锈钢的淬火工艺和硬度

而经过淬火的马氏体不锈钢，具有很好的淬硬性和耐蚀性，另一方面，此时的钢应力状态大，塑韧性低，组织结构不稳定，需要进行回火处理，以消除应力，稳定和优化组织，获得需要的性能。

对于马氏体不锈钢来说，淬回火的温度和保温时长会影响奥氏体化时溶解的成分元素的含量，从而影响马氏体转变温度（M_S）、马氏体组织形态和残余奥氏体以及碳化物的数量，从而影响金属使用组织的形态和碳化物的大小分布，这些都对马氏体不锈钢的力学性能和抗腐蚀性能有重要作用。

1.3 AUS-8马氏体不锈钢

AUS-8马氏体不锈钢其实就是AUS-8（8A）不锈钢的简称，是日本的 “爱知制钢”株式会社所开发的优质不锈钢，因其比较均衡的抗腐蚀性、刀锋锋利度和硬度，而被应用于各种优质刀具制作中，这些刀具在全球都有着巨大的市场欢迎度。AUS-8钢的成分和性能如表1.2所示。

表1.2 AUS-8钢化学成分(%)和硬度

AUS-8钢是一种高碳低铬的不锈钢，属于AUS钢系列。相比较于同钢型的AUS-6A、AUS-10,AUS-8钢具有更高的淬硬性和耐磨性，其经过合理的热处理后硬度甚至能达到61HRC。而与同属于高档钢的440C相比，AUS-8钢中的Ni含量有0.49%，V则有0.1-0.26%和更多的Mo元素，这些都有助于增加和保持钢的强度的同时，稳定提高钢的韧性、高温下耐热、耐磨和抗腐蚀性能，并能使刀锋更易锋利并保持较长时间。而且AUS-8的加工性更优良，做出的刀具一般在30-150美元，性价比比较高。

而AUS-8钢中加入了V这一不锈钢中的新的合金添加剂，不但能大大提升AUS-8钢的拉伸强度，还增加其冲击强度，使得刀具具有更良好的坚固性和可靠性，并更容易磨锋利。

1.3.1 AUS-8不锈钢的研究目的

AUS-8不锈钢刀具因其各种优良性能而受到全球的追捧，然而该钢仅为日本爱知制钢所生产，世界其他国家均无此钢种，国内企业也是近年来才引进来的。我国也研发类似AUS-8钢的8Cr13MoV,国内的钢种的成分如表1.3所示。

表1.3 我国钢号的化学成分（wt%）

相比较于AUS-8钢，这种国内钢在各种性能上还是稍微逊色。而AUS-8钢的性能和热处理工艺参数等技术资料，在国内少见有报道。因此对其热处理工艺，组织结构以及各项性能的研究显得尤为重要。而热处理工艺中淬回火工艺对钢种性能的影响很重要，所以通过对AUS-8马氏体不锈钢的淬回火工艺研究，找出达到实际生产要求的各项指标的新型马氏体不锈钢的工艺方案，填补国内相关的空白地方，是现阶段的重点。

AUS-8马氏体不锈钢的热处理实验

2.1 实验用的材料和热处理工艺各项参数确定

本实验中的所有试样采用的是来自于日本爱知制钢厚度为3mm的AUS-8马氏体不锈钢板材，该材料属于单层材料，并对原试样进行适当切割，以便热处理。

2.1.1马氏体转变温度（M_s）

AUS-8钢的淬火温度影响因素很多，其中一个很重要的因素是马氏体开始转变温度（M_S）。M_S是奥氏体和马氏体两相自由能差达到相变所需的最小化学驱动力值时的温度，它会影响到淬火钢中的残余奥氏体量和淬火变形和开裂的概率，也会影响马氏体的组织形态，从而影响不锈钢的使用性能。

而M_S点受到不锈钢中的各种合金元素的共同影响。根据以往的文献查阅，已经有很多学者提出了许多理论M_S的计算公式，而本实验则使用碳当量法来计算AUS-8马氏体不锈钢的M_S点。

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