馬氏體時(shí)效鋼3j33A 3j33B 3j33C熱處理 力學(xué)性能

 馬氏體時(shí)效鋼的特性與應(yīng)用
18%Ni馬氏體時(shí)效鋼屬于鐵基合金，具有高的強(qiáng)度同時(shí)而又不失好的延展性。鐵的基體與以高含量鎳為主進(jìn)行合金化，獲得非常特殊的熱處理材料。同時(shí)也加入其它合金元素如鉬、鋁、銅和鈦，這些元素形成金屬間析出物。鈷也添加到合金中去，加入量最多達(dá)到12%，用于加速析出反應(yīng)并保證獲得大量、均勻的析出物。馬氏體時(shí)效鋼本質(zhì)上說是不含碳的，這是區(qū)別該鋼與大多數(shù)其他類型鋼種的特征。
馬氏體時(shí)效鋼性能特點(diǎn)為：
——室溫下具有超高強(qiáng)度
——簡單熱處理，保證最小的熱處理變形
——與處于同一強(qiáng)度水平的淬火鋼相比具有優(yōu)異的疲勞韌性
——低碳含量，從而消除脫碳問題
——截面尺寸是硬化過程中一個(gè)重要的影響因素
——易于加工
——好的焊接性能
——具有高強(qiáng)度與高韌性
——易切削加工，低的加工變形量
——熱處理過程中收縮均勻穩(wěn)定
——易滲氮
——具有好的抗腐蝕與裂紋擴(kuò)展能力
——拋光光潔度高

馬氏體時(shí)效鋼是國際鎳公司（INCO）于60年代初研制的，它是在超低碳鐵鎳馬氏體基體上利用合金元素產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化的一種超高強(qiáng)度鋼。馬氏體時(shí)效鋼具有強(qiáng)度高、韌性好、熱處理簡單、焊接性能好及良好的冷熱加工性能，因而被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、軍事等各種領(lǐng)域。進(jìn)入80年代以來，無鈷馬氏體時(shí)效鋼的研發(fā)大大降低了馬氏體時(shí)效鋼的成本。同時(shí)，其性能也有了進(jìn)一步的提高。

    馬氏體時(shí)效鋼的熱處理是通過Co，Mo，Ti等強(qiáng)化合金元素(表1列出了幾種典型的18Ni馬氏體時(shí)效鋼的成分)在回火或時(shí)效時(shí)從過飽和固溶體(馬氏體)中析出合金化合物作為第二相質(zhì)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌化，馬氏體時(shí)效鋼的顯著特點(diǎn)是在超高強(qiáng)度下仍具有良好的塑性和優(yōu)異的斷裂韌性；同時(shí)它還具有優(yōu)良的加工性能和焊接性能。這些優(yōu)良的特性使馬氏體時(shí)效鋼可以取代傳統(tǒng)的高強(qiáng)度鋼，廣泛用于許多領(lǐng)域中。

表1 幾種典型的18Ni馬氏體時(shí)效鋼化學(xué)                 單位：% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

這些特性說明馬氏體時(shí)效鋼能被用作軸，長而細(xì)的滲碳或滲氮部件以及沖擊疲勞環(huán)境下工作的零件，如打印頭或離合器等。
馬氏體時(shí)效鋼的回火處理
回火作為一種熱處理工藝從中世紀(jì)時(shí)代就開始應(yīng)用，用于淬火馬氏體合金的處理。而目前回火工藝僅用于對(duì)鋼進(jìn)行處理，因?yàn)殇撜妓旭R氏體硬化合金中的絕大多數(shù)。
馬氏體時(shí)效鋼是不含碳的Fe-Ni合金，并添加了鈷、鉬、鈦與其它一些元素。典型的鋼種如鐵基中含17%～19% Ni，7%～9% Co，4.5%～5% Mo和0.6%～0.9% Ti。這類合金經(jīng)淬火成馬氏體，然后在480～500℃回火。在回火過程中，由于合金元素在馬氏體中過飽和，從而從馬氏體中沉淀析出形成金屬間析出物，導(dǎo)致強(qiáng)的沉淀強(qiáng)化效果。根據(jù)鋁、銅以及其它非鐵合金的沉淀強(qiáng)化類推，可將該工藝過程稱作時(shí)效處理。并且由于最初的組織為馬氏體，因此該類鋼被稱作馬氏體時(shí)效鋼。
商業(yè)化馬氏體時(shí)效鋼在最大的硬化處理階段，組織中可含有部分中間過渡亞溫相Ni3Mo與Ni3Ti的共生析出物。Ni3Ti相類似于碳鋼中的六邊形ε-碳化物。在馬氏體時(shí)效鋼中，這些中間過渡金屬間析出物顆粒由于在位錯(cuò)處析出，因而分布極其彌散，這一組織特點(diǎn)具有特別的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
馬氏體時(shí)效鋼的組織具有高密度位錯(cuò)，在板條（非孿生）馬氏體中，位錯(cuò)密度達(dá)到1011～1012/cm2數(shù)量級(jí)，也就是與強(qiáng)應(yīng)變硬化金屬處于同一范圍。在這方面，馬氏體時(shí)效鋼（硬化態(tài)）的亞結(jié)構(gòu)明顯不同于鋁、銅和其它合金，它們在淬火時(shí)不會(huì)出現(xiàn)多態(tài)性變化。
馬氏體時(shí)效鋼3j33A 3j33B 3j33C熱處理 力學(xué)性能假設(shè)馬氏體時(shí)效鋼在回火過程中，中間相的析出是由于合金元素的原子在位錯(cuò)線上的偏聚，則在位錯(cuò)上形成的產(chǎn)物可以作為合金元素在過飽和馬氏體中的富集分層。
馬氏體時(shí)效鋼在馬氏體轉(zhuǎn)變過程中形成的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，在隨后的加熱過程中保持非常穩(wěn)定，實(shí)際上在回火溫度范圍內(nèi)（480～500℃）未發(fā)生變化。在整個(gè)的回火過程中，出現(xiàn)如此高密度的位錯(cuò)，很可能在很大程度上是由于彌散分布的析出物釘扎住位錯(cuò)。
在高溫（550℃甚至更高）條件下，長的回火時(shí)間可能會(huì)導(dǎo)致析出物粗化，并增大顆粒間距，而位錯(cuò)密度同時(shí)也在下降。在長的保溫時(shí)間下，就不出現(xiàn)半共生的中間過渡金屬間析出物，取而代之的是穩(wěn)定相如Fe2Ni或Fe2Mo形成的粗大共生析出物。
將回火溫度提高到超過500℃，馬氏體時(shí)效鋼可能會(huì)發(fā)生馬氏體向奧氏體分解轉(zhuǎn)變，于是在奧氏體形成的過程中出現(xiàn)金屬間化合物的溶解。

馬氏體時(shí)效鋼3j33A 3j33B 3j33C熱處理 力學(xué)性能的性能特征
和所有析出強(qiáng)化合金一樣，馬氏體時(shí)效鋼的力學(xué)性能與回火溫度有關(guān)，即強(qiáng)度增加到峰值后，發(fā)生軟化過程。根據(jù)時(shí)效的概念類推，在回火過程中，硬化與軟化回火過程可能獨(dú)立進(jìn)行。
硬化效應(yīng)是由在位錯(cuò)處形成偏聚而引起的，而中間過渡相如Ni3Mo與Ni3Ti形成的部分共生析出物對(duì)硬化效應(yīng)影響最大。軟化效應(yīng)首先是由于彌散分布的析出物粗化，顆粒間距增大，其次是馬氏體發(fā)生逆向轉(zhuǎn)變，金屬間化學(xué)物溶解在奧氏體中。
在回火過程中馬氏體時(shí)效鋼的抗拉強(qiáng)度大約提高80%，而屈服極限卻提高約140%，就是說，強(qiáng)度增加的相對(duì)值比典型的實(shí)效硬化合金如鈹青銅或鋁合金G1915要低，但馬氏體時(shí)效鋼在回火過程中，抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度絕對(duì)增加值是所有析出硬化合金中最大的。這主要是由于馬氏體時(shí)效鋼在初始狀態(tài)下（硬化態(tài)）就具有非常高的強(qiáng)度（Rm=1100MPa）。
馬氏體時(shí)效鋼在480～500 ℃回火1～3h后具有高的強(qiáng)度，可能的原因是，在強(qiáng)度高的基體中形成高度彌散分布的半共生顆粒，它們的尺寸與間距為103nm數(shù)量級(jí)，這些金屬間析出物也具有高的強(qiáng)度。因此，馬氏體時(shí)效鋼具有相當(dāng)高的抗拉強(qiáng)度（Rm=1800～2000MPa）。
與馬氏體硬化碳鋼相比，在相同的強(qiáng)度水平下，不含碳的馬氏體時(shí)效鋼具有明顯高的抗脆性斷裂能力，這是該鋼種優(yōu)點(diǎn)。在回火后達(dá)到最大強(qiáng)度后，塑性指標(biāo)與沖擊韌性盡管有稍微的降低，但仍然保持在相當(dāng)高的水平。不含碳的基體具備高的塑性以及基體中高