不锈钢的晶体结构

不锈钢的晶体结构

绝大多数金属都是一种主要金属元素和一种或多种添加的元素所形成的合金。一般情况下，固态金属和合金都是由不规则排列的晶粒构成，这些晶粒有着确定的晶体结构。所有不同种类的不锈钢都是铬含量在11%以上的铁基合金，许多钢种还含有镍、钼、锰、氮和其他台金元素。不锈钢中以晶体结构的不同分为铁素体、奥氏体和马氏体，或其中两种或多种的组织，不锈钢的许多特性都取决于它们的晶体结构。图1是这些晶体结构的示意图。图中的黑点表示原子，划直线是为了能看清楚其结构。

图1  不锈钢的晶体结构

铁素体是常温下铁和低碳合金的基本晶体结构(体心立方)。假设一个立方体，它的8个角和几何中心点各有一个原子。在晶粒中这样的立方体以三维的形式重复出现直到碰到一个不同方向的晶粒。两种晶粒相接之处被称之为晶界。晶界由许多方面构成，包括界面、缺陷、杂质及其他物质的晶粒。它们很复杂，而且在金属的机械性能和腐蚀性方面起着重要的作用。

奥氏体在高温(>800℃)下铁的晶体结构(面心立方)。在奥氏体中，除像铁素体立方体的每个角都有一个原子外，立方体六个面的每个面的几何中心都有一个原子。如果在铁或铁铬合金中单独加入镍、锰、氯或碳或加入其中的几种。该面心立方的排列在常温下将处于稳定状态。

马氏体在常温下具有稳定的结构，与铁素体和奥氏体相比，更接近于铁素体，它也是体心立方结构，但是立方体的一个轴被延长，也就是一个晶体有三个轴成直角，两个边相等，一个边不等(四方体)。对铁素体或奥氏体的立方晶体进行热处理或冷作就会出现这样的情况。马氏体在三种晶体结构中最硬，强度最好，同时又最难焊接。实际上这种合金很少进行变形处理。