马氏体时效钢3j33A 3j33B 3j33C热处理 力学性能

 马氏体时效钢3j33A 3j33B 3j33C热处理 力学性能

 马氏体时效钢的特性与应用
18%Ni马氏体时效钢属于铁基合金，具有高的强度同时而又不失好的延展性。铁的基体与以高含量镍为主进行合金化，获得非常特殊的热处理材料。同时也加入其它合金元素如钼、铝、铜和钛，这些元素形成金属间析出物。钴也添加到合金中去，加入量最多达到12%，用于加速析出反应并保证获得大量、均匀的析出物。马氏体时效钢本质上说是不含碳的，这是区别该钢与大多数其他类型钢种的特征。
马氏体时效钢性能特点为：
——室温下具有超高强度
——简单热处理，保证最小的热处理变形
——与处于同一强度水平的淬火钢相比具有优异的疲劳韧性
——低碳含量，从而消除脱碳问题
——截面尺寸是硬化过程中一个重要的影响因素
——易于加工
——好的焊接性能
——具有高强度与高韧性
——易切削加工，低的加工变形量
——热处理过程中收缩均匀稳定
——易渗氮
——具有好的抗腐蚀与裂纹扩展能力
——抛光光洁度高

马氏体时效钢是国际镍公司（INCO）于60年代初研制的，它是在超低碳铁镍马氏体基体上利用合金元素产生时效强化的一种超高强度钢。马氏体时效钢具有强度高、韧性好、热处理简单、焊接性能好及良好的冷热加工性能，因而被广泛地应用于工业、军事等各种领域。进入80年代以来，无钴马氏体时效钢的研发大大降低了马氏体时效钢的成本。同时，其性能也有了进一步的提高。

    马氏体时效钢的热处理是通过Co，Mo，Ti等强化合金元素(表1列出了几种典型的18Ni马氏体时效钢的成分)在回火或时效时从过饱和固溶体(马氏体)中析出合金化合物作为第二相质点来实现强韧化，马氏体时效钢的显著特点是在超高强度下仍具有良好的塑性和优异的断裂韧性；同时它还具有优良的加工性能和焊接性能。这些优良的特性使马氏体时效钢可以取代传统的高强度钢，广泛用于许多领域中。

表1 几种典型的18Ni马氏体时效钢化学                 单位：% （质量分数）

这些特性说明马氏体时效钢能被用作轴，长而细的渗碳或渗氮部件以及冲击疲劳环境下工作的零件，如打印头或离合器等。
马氏体时效钢的回火处理
回火作为一种热处理工艺从中世纪时代就开始应用，用于淬火马氏体合金的处理。而目前回火工艺仅用于对钢进行处理，因为钢占所有马氏体硬化合金中的绝大多数。
马氏体时效钢是不含碳的Fe-Ni合金，并添加了钴、钼、钛与其它一些元素。典型的钢种如铁基中含17%～19% Ni，7%～9% Co，4.5%～5% Mo和0.6%～0.9% Ti。这类合金经淬火成马氏体，然后在480～500℃回火。在回火过程中，由于合金元素在马氏体中过饱和，从而从马氏体中沉淀析出形成金属间析出物，导致强的沉淀强化效果。根据铝、铜以及其它非铁合金的沉淀强化类推，可将该工艺过程称作时效处理。并且由于最初的组织为马氏体，因此该类钢被称作马氏体时效钢。
商业化马氏体时效钢在最大的硬化处理阶段，组织中可含有部分中间过渡亚温相Ni3Mo与Ni3Ti的共生析出物。Ni3Ti相类似于碳钢中的六边形ε-碳化物。在马氏体时效钢中，这些中间过渡金属间析出物颗粒由于在位错处析出，因而分布极其弥散，这一组织特点具有特别的实际应用价值。
马氏体时效钢的组织具有高密度位错，在板条（非孪生）马氏体中，位错密度达到1011～1012/cm2数量级，也就是与强应变硬化金属处于同一范围。在这方面，马氏体时效钢（硬化态）的亚结构明显不同于铝、铜和其它合金，它们在淬火时不会出现多态性变化。
马氏体时效钢3j33A 3j33B 3j33C热处理 力学性能假设马氏体时效钢在回火过程中，中间相的析出是由于合金元素的原子在位错线上的偏聚，则在位错上形成的产物可以作为合金元素在过饱和马氏体中的富集分层。
马氏体时效钢在马氏体转变过程中形成的位错结构，在随后的加热过程中保持非常稳定，实际上在回火温度范围内（480～500℃）未发生变化。在整个的回火过程中，出现如此高密度的位错，很可能在很大程度上是由于弥散分布的析出物钉扎住位错。
在高温（550℃甚至更高）条件下，长的回火时间可能会导致析出物粗化，并增大颗粒间距，而位错密度同时也在下降。在长的保温时间下，就不出现半共生的中间过渡金属间析出物，取而代之的是稳定相如Fe2Ni或Fe2Mo形成的粗大共生析出物。
将回火温度提高到超过500℃，马氏体时效钢可能会发生马氏体向奥氏体分解转变，于是在奥氏体形成的过程中出现金属间化合物的溶解。

马氏体时效钢3j33A 3j33B 3j33C热处理 力学性能的性能特征
和所有析出强化合金一样，马氏体时效钢的力学性能与回火温度有关，即强度增加到峰值后，发生软化过程。根据时效的概念类推，在回火过程中，硬化与软化回火过程可能独立进行。
硬化效应是由在位错处形成偏聚而引起的，而中间过渡相如Ni3Mo与Ni3Ti形成的部分共生析出物对硬化效应影响最大。软化效应首先是由于弥散分布的析出物粗化，颗粒间距增大，其次是马氏体发生逆向转变，金属间化学物溶解在奥氏体中。
在回火过程中马氏体时效钢的抗拉强度大约提高80%，而屈服极限却提高约140%，就是说，强度增加的相对值比典型的实效硬化合金如铍青铜或铝合金G1915要低，但马氏体时效钢在回火过程中，抗拉强度与屈服强度绝对增加值是所有析出硬化合金中最大的。这主要是由于马氏体时效钢在初始状态下（硬化态）就具有非常高的强度（Rm=1100MPa）。
马氏体时效钢在480～500 ℃回火1～3h后具有高的强度，可能的原因是，在强度高的基体中形成高度弥散分布的半共生颗粒，它们的尺寸与间距为103nm数量级，这些金属间析出物也具有高的强度。因此，马氏体时效钢具有相当高的抗拉强度（Rm=1800～2000MPa）。
与马氏体硬化碳钢相比，在相同的强度水平下，不含碳的马氏体时效钢具有明显高的抗脆性断裂能力，这是该钢种优点。在回火后达到最大强度后，塑性指标与冲击韧性尽管有稍微的降低，但仍然保持在相当高的水平。不含碳的基体具备高的塑性以及基体中高