摘要：由于在机器、化学、汽车领域对于不锈钢的应用非常多。和传统的冶炼技术相对比，粉末冶金不锈钢生产方法具有更高的利用率、尺寸精度、几乎纯成形和结构均匀性。不锈钢马氏体粉末冶金在食品工业中应用日益广泛。如在咖啡粉碎衬垫，花生酱研磨机，肉饼研磨机等。在这些粉末冶金马氏体不锈钢中，主要使用410系列的材料，很少使用440C的材料。分析原因有两个：第一是不要求硬度。第二，440c粉末冶金马氏体不锈钢，烧结材料太硬，只有10K。此外，440c材料的烧结范围为碳化物相液相团聚，烧结温度较窄导致变形较大，使零件尺寸精度难以控制。它的使用受到了限制。因此，当寻找烧结温度高于445℃的材料时，零件的精度更容易控制，根据应用的要求，硬度必须超过55 HRC。

关键词：粉末冶金;马氏体不锈钢;研究;

引言：粉末冶金在传统冶金技术的基础上，渗透了大量的知识，形成了具有明显优势的冶金新技术，具有悠久的历史。粉末冶金主要是指粉状矿石。在传统的冶金方法中，矿石以固体零件的形式出现，首先进行精炼，然后进行熔炼。使用常规方法，需要使用大量的材料，因为提取大量矿石的技术取决于技术和矿石的粒度，利用率只有80%。同时，粉末冶金技术的应用大大提高了资源利用率，有效地减少了资源的浪费。此外，块状矿石长期存放在室外，对环境有负面影响，甚至会破坏环境。因此，冶金技术需要改进，使每一种冶金材料发挥不同的作用，形成新的、优质的材料，降低成本。利用现代粉末冶金技术对废矿石和废金属进行再利用是可持续发展的必要条件。因此粉末冶金技术在原材料的选择上比较自由，考虑到粉末冶金的可塑性和相关材料的添加，有利于提高生产率和平衡。

一、我国现阶段粉末冶金发展概况

1.1粉末冶金的起源

20世纪30年代，经过螺旋磨洗后，铁粉被回收，以铁粉和铁粉为基础的冶金工艺机械零件迅速发展。随着第二次世界大战，粉末冶金技术迅速发展，某些材料是现代工业的重要组成部分，在生产过程中可以提炼出新的生产工艺和技术装备，生产出来了许多新材料和新产品。

1.2关于粉末冶金的简单介绍

粉末冶金是以烧结金属或金属粉末（或金属和非金属粉末的混合物）为原料，生产金属材料、复合材料和一系列产品的技术。粉末冶金具有类似的方法和陶瓷的制造位置，是粉末烧结技术的一部分，因此许多新的粉末冶金技术也可以用于制备陶瓷材料。粉末冶金技术的优势使其成为重要的新型解决问题的材料，在整个工程系统的发展中发挥着重要的作用。但从定义上看，粉末冶金远远超出材料和冶金，通常跨越不同学科，尤其是现代粉末金属3D打印技术，粉末冶金技术已成为较为综合的现代技术。

1.3现状遇到的相关技术问题

今天，我们冶金在积极发展核心竞争力的道路上遇到了困难，这个是国家和一些相关的公司的必由之路。每个人都知道核心技术在汽车零部件中的价值。高昂的成本包括从发动机进气阀到排气阀，发动机连杆[1]，同步器齿轮锥面环和主齿轮泵。在这些细节中，核心技术是粉末冶金。例如，连杆是发动机的关键部件之一，许多进口模型制图规则都对连杆进行测试。

1.4粉末冶金行业现状

据我国粉末冶金协会统计，全国从事粉末冶金大中型生产的企业有40家左右，长期集体生产的企业有63家，生产份额为85 %，以粉末冶金细部生产企业为主，改制企业34家。在之前的发展当中，因为汽车生行业的发展，轻冶金零部件的需求也在迅速增长。未来，除了汽车行业自身的增长，对粉末冶金零部件的需求也将受益于进口置换和零部件回收，粉末冶金的使用将显著提高，对传统粉末汽车零部件冶金的需求将保持稳定。但是自从2008年之后，行业发展趋势明显下降，全球粉末冶金生产的重心因价格优势逐渐转向中国和日本生产。据中国粉末冶金协会统计，按40家粉末冶金企业统计，我国的不锈钢产业的消费增长趋势明显，而替代粉末冶金零配件的进口将继续保持需求增长的趋势。

根据中国的一项研究，2017年中国粉末冶金行业平均消费量大约为9公斤。粉末冶金用发动机的使用差异（零配件进口或零配件负载）不从国外计算。这部分进口需求的替代是未来粉末冶金元件需求增长的一部分。保守估计，未来当地粉末冶金的置换率将在自行车数量的9%左右。研究及相关原料、辅料，制备各种粉体及制造烧结生产设备。汽车零部件粉末冶金近年来已成为中国最大的市场，大概有60%的汽车零部件用于粉末冶金零部件。

1.5行业未来的发展趋势

中国粉末冶金行业近十年来发展迅速，但与国外行业的差距依然存在。小型企业的规模比外国企业的经济效率要高得多，但与之相比还有很长的路要走。不同的产品相互交错，企业相互竞争。此外，大多数企业缺乏技术援助和研发能力，产量低，难以与其他国家竞争。设备和用品都过时了。产品出口的贸易渠道往往受到限制。

自中国加入世界贸易组织（WTO）以来，这些问题已得到很好的解决。这是由于国际市场通过加入世界贸易组织逐渐扩大了粉末冶金市场的机会。与此同时，越来越多的公司在国外投资和技术水平上引进粉末冶金及相关技术，我国的冶金方案也在不断改进和发展。根据目前的数据，中国粉末冶金零部件和产品产量超过66.6亿元人民币，在全球市场的份额很小。根据2014年和2018年的生产和销售报告。我们的粉末冶金工业可以预见到现代化的机会。据中国粉末冶金协会统计，2013年全国粉末及冶金零部件总产值484.11亿元，同比增长约40%，增长两个百分点，利润增长一倍，达到7.6亿元。粉末冶金行业不断引进国外先进技术并进行自主创新，以新技术为代表，呈现出快速发展的趋势。在各种通用机械行业中，粉末冶金是今年增长最快、发展最快的行业之一。国内生产总值占GDP的比重达到36.12%。虽然全球制造业正迅速向中国转移，但各种汽车和高科技产业的快速发展并不依赖于粉末冶金技术。粉末冶金的发展为各行业的发展开辟了有利的机遇和良好的市场空间。因此，我国将粉末冶金作为我国发展的重点领域之一，鼓励外国企业和投资公司大力发展粉末冶金。

二、马氏体不锈钢的元素分析

不锈钢的性能特征是通过增加钢中的碳（或氮）和所获得元素组成中的碳化物（或氮）的含量来改善的。目前产品中不锈钢合金元素含量高，作用不均匀，加上碳、氮等会使材料更加坚硬。为保证腐蚀，应增加铬的含量，并加入钴、镍等元素。为了提高耐磨性和锋利性，应添加钒、钨等碳化物形成元素，以增加材料的强度和韧性;应加入钒、钛、等具有细晶效应的元素。; 为了提高淬透性，应该加入钒、镍和钨。一些合金元素也具有成分效应，可使产品具有满意的性能和使用寿命。

2.1铬

提高不锈钢耐蚀性的主要成分是铬，铬在不锈钢中的含量超过12%。当铬加入到铁中形成固溶体时，固溶体的电极电势按n/81-23定律显著增大。当铬含量达到12.5%（原子比）和25%时，固溶电位迅速增加。此外，铬能有效地增加钢的点蚀电位，降低钢的敏感性。侵蚀而著称。对于马氏体不锈钢，在一定的碳含量下，随着铬含量的增加，腐蚀程度增加。

铬还能提高奥氏体的稳定性和淬透性。显著地提高了其稳定性和钢的淬透性。由于铬是铁素体形成元素，铬的加入使奥氏体相变窄，因此需要较高的淬火和加热温度。钢中铬含量的增加有助于提高钢的耐蚀性和抗奥氏体性，但钢中铬含量的增加降低了钢的热导率，显著增加了淬火回火钢的铁含量，降低了钢的硬度强度，因此不锈钢的铬含量以20%铬含量为限。

2.2碳元素

碳是钢的主要成分，它的主要作用是淬火钢和稳定奥氏体，以获得高强度马氏体不锈钢。外源物质分析表明，其含碳量高，硬度高。以国外含Cr 13.0 ～ 14.5%的14Cr系列不锈钢为例，采用相同的工艺进行淬火回火后，其含碳量由0.55%提高到1.10%，硬度由57HRC提高到61HRC。因此，要保证不锈钢的硬度，必须相应地增加钢的含碳量。

通过形成碳化物，提高刀剪钢的含碳量，保证产品的硬度，保证耐磨性。硬度与耐磨性相对应，但不是严格成正比的。碳化物的硬度不一定比简单马氏体剪切的硬度高，但耐磨性和棱角都比用简单马氏体布剪切的硬度高得多。国外优质不锈钢中含有一定数量的钒碳化物形成元素。这些碳化物的塔板、钼和钨成分必须对应各自的碳。因此，随着材料碳化物含量的增加，总碳含量也必须增加。

一些材料中较高的碳含量可能会增加硬度和耐磨性，但也可能有不利影响。随着碳含量的增加，硬度增加但降低，碳与铬元素形成碳化物。这降低了材料的耐腐蚀性。必须综合考虑硬度、耐磨性、韧性、耐腐蚀性和锋利边缘等问题。一些不锈钢材料应尽可能少的碳，如果要满足应用要求。

2.3锰元素

锰是一种弱奥氏体形成元素，可增加奥氏体相区域，稳定奥氏体功能，提高钢的淬炼性。锰可以防止整个奥氏体钢的热开裂，削弱硫的热缺乏性，并提高氮的溶解度。在优质钢中，锰会提高钢的脆性转变温度。锰在不锈钢中形成硫化锰，导致点蚀和缝隙腐蚀。马氏体不锈钢的锰含量一般小于1.1%[1]。在国外，一些马氏体不锈钢的锰含量高达2.0%，以增加钢的强度。

2.4硅

硅是一种强铁氧体形成元素，在马氏体不锈钢中，硅可以促进铁氧体的形成。如果钢中的硅含量过高，就会形成单片铁氧体组织。硅可以显著提高铁基和镍基合金在高氧化环境（如烟道硝酸）中的耐腐蚀性。在钢中加入一定量的硅，可以在硅的表面形成硅。这大大提高了钢的抗氧化或腐蚀能力。钢中硅的加入对硫酸的腐蚀有一定的影响，也减少了不锈钢在氯离子环境中的点蚀倾向。在高温下，适量的硅被添加到钢中，以增加其抗高温氧化的能力。硅还可以提高钢的耐回火性，高温回火可用于提高机加工产品的强度。在合金钢中加入适量的硅可以有效地提高剪切刀片的锋利性和耐磨性。然而，高硅含量显著降低了钢的延性和强度，导致开裂。在国内外，不锈钢剪刀的硅含量几乎不到1%。国内切刀用马氏体不锈钢的SI含量为2.0%-2.6%，国外的SI含量为3.1%-4.6%[1]。

2.5钼元素

钼元素是一种铁素体形成元素，它减少了奥氏体相区域，有助于铁素体的形成。在11.66%时，铬从奥氏体相中完全消失，在2.31%时，钼元素从奥氏体相中完全消失。铬和铁可以形成金属间化合物，而钼元素、铁和铬可以形成金属间化合物。然而，如果三种金属元素之间的钼、铁和铬化合物的释放温度高于钼和铁化合物的释放温度，则金属间化合物不利于钢的韧性和腐蚀。此外，马氏体不锈钢需要更高的热处理温度。

钼元素的增加不锈钢在酸性环境中的耐蚀性，并提高其抗点蚀性。在Fe-Cr合金增加了钢的抗氯离子腐蚀等性能，以及抗有机酸腐蚀，显著增加了合金的被动稳定性和其抗点蚀性。钼元素在这方面的作用是铬的3，3倍[1]。它提高了钝化膜的耐蚀性，从而提高了不锈钢的耐蚀性。不锈钢可以用钼进行回火，使晶粒变硬，从而组织均匀，提高奥氏体不锈钢的韧性，提高奥氏体不锈钢的温度，提高马氏体不锈钢的强度，回火稳定性和二次硬化效果，而不降低钢的延性，它还通过对钢的延性的影响来抑制碳化铬。

2.6镍元素

镍是一种强奥氏体成形元素，可以显著提高钢的强度、耐腐蚀性能和提高淬透性。适当增加镍含量可以有效提高不锈钢马氏体的淬炼性，促进马氏体相变，提高钢的强度和韧性，改善马氏体不锈钢的钝化，提高马氏体不锈钢的耐蚀性和气雾剂性能。在减少环境和流动的侵入水中的腐蚀防护性能。

2.7氮元素

在上个实际的50年代左右，经过长期的研究表明，镍是一种强奥氏体形成和稳定的元素，具有很强的奥氏体相膨胀性。在不锈钢中，部分甚至所有的镍都能稳定奥氏体，防止有害的金属间相进行分析。氮在马氏体不锈钢中以间隙原子的形式存在，并在固溶中进行合金强化，具有粘附和位错效应。氮还阻止了奥氏体颗粒的生长，可以显著提高钢的强度，但不会降低材料的延性和强度。氮主要以金属氮化物的形式增加了马氏体不锈钢的耐磨性，金属氮化物不形成碳化物，而是沿晶界[12]分布。此外，氮增加了抗点蚀和缝隙腐蚀[2]。近年来，氮已成为一种重要的合金元素，它是由马氏体不锈钢手工制作而成，以取代部分或全部的碳。用氮代替碳减少了碳引起的腐蚀，但不降低钢的硬度和耐磨性。高氮不锈钢含氮量为3%。

三、用于生产马氏体不锈钢的粉末冶金学

3.1烧结产物的冶金结构

在不同的烧结温度下烧结后，粘性结构由珠光体和网状碳化物组成。随着烧结温度的升高，晶粒变粗，网状碳化物变粗，连续性变差。在低温下（1235°C），小粉末仍然留在颗粒中，但它们都石化了。硬化组织为网状碳化物、马氏体、粒状二次碳化物和晶间块状碳化物[5]。再经过烧结、淬火、晶体表面增加的残余奥氏体和碳化物，由虚线阵列转变为阵列，最终转变为连续网格。随着烧结温度的升高，残余气孔通常消失。粒径明显，舍入性明显。根据金属组织，1240℃烧结和1050℃淬火是最佳烧结温度。晶界处以碳素为核心，晶粒内为马氏体和二次碳化物，几乎没有残余奥氏体。烧结温度升高的原因以及淬火后残余奥氏体增加的机理有待进一步研究。在440c粉末冶金马氏体钢中也观察到这种现象。

3.2对于烧结材料的研究

随着烧结温度的升高，在相对较低的温度下，烧结样品的密度显著增加，超过98.56%。但在达到一定的烧结温度（1245℃）后再提高烧结温度，烧结样品的密度变化不大。有证据表明，这是粉末合金在超固相（超固-液相烧结）中烧结的特征。在较低的烧结温度（1230℃）下，材料的密度相对较低，因为此时烧结只发生在纯固相中。当烧结温度升高到1235℃时，碳化物相发生团聚。这属于液相团聚的范畴，但与传统的液相粉末烧结不同。它包括将预熔粉末加热到合金相的固相线和液相线之间的特定温度，从而在颗粒内部和界面处形成液相，从而使团聚迅速达到密度。其特点是固体和液相的体积分数和组成在烧结过程中基本保持不变。粉状颗粒本身是液相的来源，液相相对于固相湿润迅速、均匀、完全的颗粒与晶界之间，而液相膜在密封中起着决定性作用。可根据烧结温度和合金成分灵活调整液相的体积分数，以获得最佳的组织和机制，达到材料快速转移的目的，保证烧结试样的密度。相对密度超过98%，接近全密度[6]。密度不随烧结温度的升高而增加。液相量的配方材料有限，增加液相烧结温度不增加，但恰恰相反，导致粗粒子微观结构恶化，但在框架的测试结果在可接受范围之内。

3.3对于烧结材料硬度的研究

用布拉瓦硬度法测定试样在不同烧结温度下烧结和淬火后的硬度。烧结试样的硬度随烧结温度的升高而增加。烧结材料的硬度主要取决于材料的密度，当烧结温度升高到1245℃时，硬度先是显著增加，然后逐渐减小。随着烧结温度升高至1245℃，硬化试样的硬度增加。在1245℃达到峰值后，烧结温度有所降低。上述的实验表明，随着烧结温度的升高，淬火织物中奥氏体残留量增加。因此，淬火硬度随烧结温度的升高而降低。

结束语

对于粉末冶金马氏体不锈钢材料的研制有着极其重要的意义。在本文当中，首先介绍了我国现阶段粉末冶金的发展状况。以及粉末冶金的发展起源，对于现在的发展遇到的相关的技术问题进行了简单的陈述。紧接着。分析了我国粉末冶金行业的现状。对一些关键的问题予以解释。主要分析了我国粉末冶金行业未来的发展趋势等。接着分析马氏体不锈钢、各种元素对其功能等结构的影响等问题。最后，结合粉末冶金以及马氏体不锈钢两方面进行对于生产马氏体不锈钢进行阐述。

参考文献：

[1]陈强， 蔡一湘， 李丹丹，等. 粉末冶金马氏体不锈钢材料的研制[J]. 粉末冶金工业， 2013， 23（3）：4.

[2]陈梦婷， 石建军， 陈国平. 粉末冶金发展状况[J]. 粉末冶金工业， 2017， 27（4）：7.

[3]黄培云. 粉末冶金原理[M]. 冶金工业出版社， 1982.

[4]李宁， 文玉华， 张伟，等. 高铜马氏体不锈钢的抗菌性能[J]. 特殊钢， 2003， 24（004）：29-30.

[5]徐增华. 金属耐蚀材料 第五讲马氏体不锈钢[J]. 腐蚀与防护， 2001.

[6]上原利弘. 具有优良耐点蚀性的高硬度马氏体不锈钢： CN， CN1046970 C[P].