残余奥氏体

1. 什么是残留奥氏体？

— 残余奥氏体：马氏体转变自Ms开始，Mf结束。转变在Mf时可能未100%完成，未完成转变的奥氏体为残留奥氏体。Ms和Mf随奥氏体中含碳量增加而降低，残留奥氏体含量增加。

— 过共析钢，加热温度低，奥氏体晶粒就细小，淬火后得到的残余奥氏体也相对少。因此对于过共析钢，一般加热到Ac1以上20~30C。加热超过Acm线，则导致二次渗碳体消失，奥氏体晶粒长大，淬火后残余奥氏体增多，不但硬度反而降低，而且脆性亦有增加。

— 实例：IHI SNC22 & SNC23船用齿轮。含镍量高，热处理时容易出现残留奥氏体。《机械构件热处理设计》

2. 针对残余奥氏体的一些规定：

— 德国ZF齿轮厂对重负荷齿轮的显微组织要求，残留奥氏体：放大200倍，在距离齿根3/4高度处检验，残留奥氏体＜40%。同步器齿轮显微组织要求残留奥氏体＜40%。《德国ZF齿轮厂热处理及钢材质量控制 - 1996年》
※ 如何计算可允许的残留奥氏体量？有何规定？ 残留奥氏体40%的量应该是偏高了。
— 船用齿轮：残留奥氏体控制＜25%。若过多，需进行冷浸处理。《机械构件热处理设计》

3. 有什么好的作用？

— 适量残留奥氏体可提高疲劳寿命。

☆  残留奥氏体对轴承钢和低温钢的疲劳寿命或低温韧性带来有益作用。轴承钢中含有4~10%残留奥氏体和马氏体组织，在不同载荷下，钢的接触疲劳寿命随残留奥氏体含量的升高而升高。机理：轴承滚道的显微硬度和残余应力对比分析得出：运转过程中，残留奥氏体产生加工诱发相变，转变为马氏体，硬度提高；相变伴随较大的表层压应力和相变诱发塑性。《机械构件热处理设计》

☆  小截面零件为提高疲劳寿命，可采用力学性能、金相组织匹配最好的强韧化工艺，如奥氏体化后的等温处理，得到强韧性匹配极佳的金相组织：下贝氏体+少量残留奥氏体（10%~20%）。《ISO 898-1 碳钢和合金钢紧固件机械性能》
— 残留奥氏体可提高韧性

☆  齿轮渗碳层含有5%残留奥氏体：可以减少齿轮运转噪声，防止冲击碎裂并改善啮合条件。《机械构件热处理设计》

☆  9%Ni钢或5~7%Ni钢：弥散的细晶粒奥氏体，脆性转变温度移到低温区域，低温强韧性提高。《机械构件热处理设计》

4. 有什么不好的影响？

— 降低淬火钢的硬度和耐磨性

☆ 滚动磨损：残留奥氏体一定限度内有助于滚动接触面的磨合和发生马氏体硬化以降低接触面压力，但过多残留奥氏体由于降低了硬度反而增加磨损量。
（具体多少是合适的？需要通过实验来确定。是否不同的载荷和运动速度下，磨损量也是不同的？）

☆ 碳浓度与硬度分布曲线。最高硬度在含碳量约0.75%。当含碳量＞0.75%后，生成残余奥氏体，硬度值降低。芯部硬度随含碳量降低而降低。《机械构件热处理设计》

☆ 在保证硬度的前提下，齿根残留奥氏体含量4级以下，齿工作面5级以下，不会降低齿轮和轴的接触疲劳强度。《变速器齿轮和轴的强化渗碳-苏联，1985年》

※ 苏联的残留奥氏体分级是如何分的？与欧美的残留奥氏体的比例有何联系？

☆ 某公司A零件残留奥氏体要求：A零件与轴上平面有相互挤压和相对运动，产生磨损，因此有硬度和耐磨损要求，表面硬度大于38HRC。为了满足表面硬度要求，要求控制残留奥氏体必须小于15%（测量方法为内平面下0.2mm，残留奥氏体面积占总面积的比例）。

☆ 某公司B零件残留奥氏体要求：轴类，高速旋转件，与滑动轴承配合，有耐磨损要求。渗碳硬化（气体渗碳8Hrs, 940℃，奥氏体化温度820℃。油淬，180℃回火1Hrs，再230℃回火 2Hrs），表面含碳量0.7%~1.0%，图纸要求渗碳层深度和硬度。要求控制游离碳化物，应分散不连续，在晶界上含量不超过40%。晶间氧化物在未加工表面不应超过0.013mm深度。在工作面上的晶间碳化物应分散不连续，在晶界上含量＜40%。零件残留奥氏体量应小于15%；若存在歧义，用X射线衍射检测，若X射线结果＞10%，零部件不可接受。轴微观组织应主要为回火马氏体。规定非常细致，老米对材料的理解真心深入。

— 精密零件尺寸稳定性变差

☆ 减少残余奥氏体有利于提高材料的抗磨损和尺寸稳定性。

☆ 加热时奥氏体淬火后未完全转变为马氏体，形成残留奥氏体，且残留奥氏体随碳含量增加而增加。残留奥氏体为不稳定相，常温放置或服役过程会缓慢转变为马氏体，由于转变过程中伴随着晶粒结构变化，体积膨胀，导致尺寸发生变化。若230~280℃回火，残留奥氏体分解成铁素体和碳化物，但硬度下降，某些场合不可接受。此时可采用冷浸处理。

☆ 为保证零件尺寸稳定性，应降低残留奥氏体量，且在零件使用条件内稳定，不发生转变。《机械构件热处理设计》

— 容易产生磨削裂纹

☆ 滚珠循环式转向机构齿轮：滚珠螺纹面在渗碳淬火时不要有过多残留奥氏体，防止磨削时发生磨削烧伤或磨削裂纹。工艺手段：选择合适的气氛碳势和淬火冷却剂。《机械构件热处理设计》
— 残留奥氏体氢脆风险更大

☆ 螺栓的微观组织中，奥氏体比铁素体和马氏体对氢有更高的吸收能力solubility，因此H更容易在钢中向残留奥氏体富集。烘烤并不会去除氢，除非改变了残留奥氏体的状态。残留奥氏体中的氢并不会引起氢脆，但当奥氏体转变为回火马氏体 untempered martensite时，会释放氢，金属可能发生脆断。《Handbook of Bolts and Bolted Joints》

— 影响表面残余压应力分布

☆ 表面硬化的残余压应力提高疲劳强度。若出现屈氏体组织、或残留奥氏体过多、冷却速度不均匀等，则残余应力分布差异很大。《机械构件热处理设计》

5. 如何控制残留奥氏体？

— 调节碳势

☆ 目前钢件渗碳，多在固定碳势或阶梯碳势或下降碳势下进行，钢件表面容易形成非马氏体转变产物。苏联提出：开始时碳势较低，在渗碳过程中增加碳势。目的是表面层的碳化物形成更缓慢，弥补固溶体中C的减少。《变速器齿轮和轴的强化渗碳-苏联，1985年》

— 冷浸处理（大型零件成本较高）

☆ 某公司A产品残留奥氏体控制工艺手段：淬火热处理，冷浸处理（快速冷却至室温（＜8Hrs），然后零件冷却至-120°F，以完成奥氏体向马氏体的转变。零件至少在低温环境中放置1Hrs，以获得要求的残余奥氏体量。然后回火处理，释放材料内部的残余应力和热处理应力。

☆ 适于Mf＜0℃的高碳钢和合金钢。残余奥氏体向马氏体转变，硬度和耐磨性提高。尺寸稳定化处理，如精密量具，滚动轴承等。工艺：冷却至室温后，再进一步冷却至-70~-80℃。冷浸后需低温回火，消除应力及稳定新马氏体组织。《工程材料 - 戴枝荣》

☆ 高碳钢和合金钢的Mz（马氏体终止转变温度）温度可能低于0C。为了消除残余奥氏体以获得最大数量的马氏体，可以进行冷处理，即将淬火钢继续冷却到 -70~-80C（根据情况可能更低），保持一段时间，使残余奥氏体继续转变成马氏体。这样可以提高硬度，稳定尺寸。一般适用干冰和酒精混合剂或者冷冻 机。特殊时也可以采用液化乙烯或者液氮等进行更冷的处理。采用冷处理时，应防止冷裂，所以可以先回火

一次或者在高温（-30C）预冷一次，然后冷处理。冷处理后进行回火。冷处理一般会使零件尺寸增大。另外，冷处理应在淬火后尽快进行（0.5~1小时内），否则由于残余奥氏体的陈化稳定性（奥氏体虽时间推移而变得较稳定的现象）使冷处理中能得到的马氏体数量减少。《零读杂谈》

☆ 冷浸处理：冷却至冰点下（0℃），使奥氏体全部或者大部分转换成马氏体。冷浸处理前长时间在 室温放置或回火处理（对防止冷浸开裂有一定帮助）。残留奥氏体提前稳定化，冷浸效果降低。冷浸处理后需进行低温回火。《机械构件热处理设计》

— 淬火方法

— 回火方法

☆ 低温回火（150~250℃）：低温回火的目的是消除淬火应力，降低淬火钢中的残余奥氏体的含量。在保持高硬度和耐磨性的同时，适当提升塑性、韧性。避免材料的时效开裂。低温回火后组织是回火马氏体。《零读杂谈》

☆ 对于高精密偶件（内燃机车燃油泵柱塞副）与量具的尺寸稳定性和耐磨性，可以在100~150℃进行长时间低温回火（数十小时）。这种回火叫也被称为时效处理或者尺寸稳定处理。必须要说，这种时效同自然时效不同。属于人为干涉的快速时效处理。《零读杂谈》

大侠总结了很多，挺好的。哈哈。不敢妄言，简单说两句，有不对的地方欢迎斧正。

从宏观上认知，材料无非软态和硬态两种组成。软态，韧性高，抗疲劳性好，但抵抗变形的能力不足。而硬态，抵抗变形的能力高，耐磨性好，但相对应的韧性不足。

实际使用中，往往将二者结合，以达到所需求的目的。

谈残余奥氏体，其实就是谈这两者的结合问题。换句话说，是不是应该有残余奥氏体？有多少？要如何分布?其实是根据你实际零件的具体需求而定的。要求表面耐磨、耐挤压、耐高表面应力的，则一定要求残余奥氏体的含量越低越好。而如果，上述要求略微降低，同时要求一定的微变形能力以适应具体的运转，则残余奥氏体的含量就会提高，但根据含量区间又一定会对最终的形态有具体的要求。
杂谈里说回火托氏体的时候，说过铁素体同球装渗碳体的结合问题。残余奥氏体也是如此。当最终产物以马氏体、渗碳体为主时，微量的残余奥氏体如果只是偏聚出现，那么最终在这个部分会因为局部塑性断裂形成先期裂纹，进而导致周围脆性体的连续尖端断裂形成裂纹快速生长。而如果残余奥氏体均匀而布，同时透镜马和渗碳体得以均匀的钝化均布，则同样的含量下，整体硬度和韧性会大不相同。
当残余奥氏体含量较高时，则对应的硬态组织则会变成板条马、下贝氏体或者密排晶格组织。此时，通过球化处理，亦可以得到硬而韧的最终形态，且由于整体弹性模量的变化，这样的形态具有更大的微变形适应能力。

个人观点，最终用什么组织形态，什么样的配比，不是一个简单的书中记载问题。所有都必须从需要解决的问题本身要求出发，按照规律逐层解决。需要硬化的部分硬化好，需要软化添加的部分均匀化好，等等操作，最终才能形成合理的状态。