残余奥氏体的测量

大量的残余奥氏体可以通过金相来估计，但对于少量的残余奥氏体，需要另一种方法，如X射线衍射。

通过
D、 斯科特·麦肯齐博士，FASM
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我在本专栏中，我们将讨论测量热处理钢样品中残余奥氏体量的不同方法。

残余奥氏体

前面我们讨论了残余奥氏体的转变。当钢加热到奥氏体区域，然后淬火时，钢中会形成残余奥氏体。如果淬火温度高于马氏体终饰温度，Mf，则不会完成奥氏体到马氏体的转变。换言之，并非所有奥氏体都会转变为马氏体，一定量的奥氏体会保留下来。

在许多含碳量超过约0.3%的合金中，Mf温度低于室温。请记住，从前面的专栏中，马氏体开始温度可以通过方程式【3】进行估算：

马氏体终饰温度可通过方程式【2】估算：

Koistinen和Marburger【3】建立了残余奥氏体存在与马氏体起始温度（Ms和淬火温度（℃）：

马氏体起始温度，Ms和淬火温度，TQ，单位为°C。

由于在室温下，一部分奥氏体并没有转变为马氏体，所以在室温下它仍和马氏体混合。渗碳合金尤其如此，因为外壳碳含量约为0.9%，马氏体终饰温度约为-100°C。残余奥氏体的数量取决于碳含量、合金含量（镍和锰是强奥氏体稳定剂）、淬火剂温度和后续热处理【4】。残留奥氏体的数量影响拉伸强度、冲击韧性和疲劳抗力【5】。

残余奥氏体的测量

测定钢中残余奥氏体的主要方法有三种。

金相学

金相学是检查钢中是否存在残余奥氏体的一种非常简单的方法。

在该方法中，将样品显微照片与一系列参考显微照片进行比较。或者，可以使用图像分析。

当残余奥氏体含量较高时，该方法是准确的。由于很难区分残余奥氏体，很难确定非常少量的残余奥氏体。表面处理对于消除金相处理引起的塑性变形至关重要【6】。

残余奥氏体的磁性测量。（提供：Stresstech）

磁感应

残余奥氏体的磁性测量是一种相对快速和简单的定量测量残余奥氏体的方法【5】。该技术测量样品中存在的磁性相的分数。存在的非磁性相为残余奥氏体。该方法用于测量不锈钢焊缝中的铁素体含量，但已扩展到测量残余奥氏体[7]。

在该方法中，残余奥氏体的质量分数由【8】确定：

哪里JS是样品的磁饱和度，以及J0是无奥氏体参考的参考磁饱和度。由于计算基于参考，因此参考的质量非常重要。从历史上看，它可以指纯铁或铁素体，但这会高估残余奥氏体的数量。必须考虑热处理条件[9]。

残余奥氏体的X射线衍射。（提供：NIST）

X射线衍射

由于奥氏体（面心立方，FCC）的结构与铁素体（体心立方，BCC）或马氏体（体心四方，BCT）不同，因此X射线衍射图将不同。衍射图中会有对应于FCC峰的峰。通过检查每个相的峰值强度来确定存在的残余奥氏体量。

测量残余奥氏体有两个标准-ASTM E975【10】和SAE SP-453【11】。在每种方法中，假设微观结构具有随机取向，并且存在少量碳化物。

这些方法将马氏体和铁素体的hkl 200峰值与奥氏体hkl 200峰值和hkl 220峰值进行比较。该方法允许通过奥氏体相和铁素体相的强度直接计算残余奥氏体【10】：

哪里fγγ是奥氏体的体积分数，我1.和我2.是奥氏体和铁素体hkl峰的强度，以及R1.和R2.分别是奥氏体和铁素体的修正系数。

如果存在残余奥氏体的首选方向或存在大量未溶解碳化物，则上述方法提供的结果不准确。为了弥补这一点，首选的方法是使用Rietveld全模式方法【12】。该方法需要一种难以执行的非线性最小二乘法。然而，结果比使用基本比较法更准确。

图1：淬火和回火100CrMnSi6-6钢的光学显微照片，残余奥氏体约为（a）15%和（b）30%。在1000倍条件下拍摄的图像，用4%的硝酸盐进行蚀刻【5】。

结论

本文介绍了测定残余奥氏体含量的不同方法。大量的残余奥氏体可通过金相学进行估算【13】，但对于少量的残余奥氏体（小于15%），则需要其他方法，如X射线衍射【14】。也可以使用磁感应。

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工具书类

  1. D、 S.MacKenzie，“残余奥氏体的转变”，齿轮解决方案，第32-33页，2021 9月。
  2. W、 史蒂文和A.G.海恩斯，《钢铁研究所J》，第183卷，第349页，1956年。
  3. D、 P.Koistinen和R.E.Marburger，“规定纯铁碳合金和普通碳钢中奥氏体-马氏体转变程度的一般方程”，金属学报。，第7卷，第59-601959页。
  4. D、 H.Herring，“残余奥氏体的讨论”，工业加热，第3期，第14-16页，2005年。
  5. 五十、 Rothleutner，“残余奥氏体对强度、韧性有重要影响”，热处理，第14-16页，2019年3月。
  6. U、 文学学士şkaya，G.Karaçalı，M.Özyiğit和E.Kılıç，“试样制备方法对残余奥氏体体积分数的影响”，第18届国际冶金与材料大会，2016年9月29日至10月1日，土耳其伊斯坦布尔。
  7. 五、 Miguel Eguía、F.J.Avellaneda、J.Coello、a.Martinez和a.Calatayud，“基于磁感应评估TRIP钢多轴应力塑性变形影响的程序”Mat。Sci。《论坛》，第713卷，第1-6页，2012年。
  8. K、 Ouda，H.Danninger和C.Gierl Mayer，“烧结钢中残余奥氏体的磁性测量——优点和局限性”，粉末冶金，第5卷，第358-3682018页。
  9. H、 E.Exner，“Magnetische Bestimung von Gefügebestandteilen（硕士论文）”，莱奥本大学，1960年。
  10. ASTM，“ASTM E975近随机结晶取向钢中残余奥氏体的X射线测定标准实施规程”，ASTM，康舍霍肯，宾夕法尼亚州，2013年。
  11. C、 Jatchzak，J.A.Larson和S.W.Shin，“SP-453残余奥氏体及其X射线衍射测量”，宾夕法尼亚州沃伦代尔SAE，1980年。
  12. H、 M.Rietveld，“核和磁性结构的轮廓细化方法”，《应用结晶学杂志》，第2卷，第2期，第65-711969页。
  13. A、 Stormvinter，《碳钢中的低温奥氏体分解》，斯德哥尔摩：KTH皇家理工学院，2012年。
  14. G、 Vandervoort和E.P.Manilova，“钢中成像相的提示”，Adv.Mater。过程第163卷，第32-37页，2005年。