18Ni马氏体时效钢强化方法概述_陈建刚
18ni(300)马氏体时效钢的特点及应用
18Ni(300)马氏体时效钢的特点及应用摘要从18Ni马氏体时效钢的化学成分对该材料的的物理性能、、抗拉强度、拉伸性能、断裂韧性、疲劳强度、耐腐蚀性、焊接性、磁滞特性、时效机理、时效组织以及力学性能的特点进行的分析。
同时18Ni马氏体时效钢具有优良的特性，用途很广，本文对它的应用进行简单的总结。
关键词：18Ni马氏体时效钢，机械性能，磁滞特性、时效机理、力学性能FEATURES AND APPLICATION OF18Ni(300)MARAGING STEELAbstractBy the chemical composition of 18Ni maraging steel, the physical properties, tensile strength, tensile properties, fracture toughness, fatigue strength, corrosion resistance, eldability, hysteresis characteristics, mechanism of aging, aging and mechanical properties are analysd. At the same time, 18Ni maraging steel has excellent properties and uses widely. It，s applications are summarized briefly in this articleKey word：18Nimaraging steel,Mechanical properties,Hysteresis properties,Aging Mechanism,mechanical property马氏体时效钢自问世以来，以其高强度、高韧性和良好的工艺性能在航天航空等领域得到了广泛的研究和应用，与AISI4340高强钢和17-7PH不锈钢相比，它具有更高的强度和优良的韧性，制造加工容易，焊接性能优良等诸多的优点胜于其他超高强钢。
超高强度18Ni无钻马氏体时效钢的力学性能
效钢 吐 通＝在高密度位 错基体中时 效析出 足度沉淀相 ＮａＭｏ Ｔ ） 纳米 ｉ ， ｉ而实现强 （ 韧化． 强化遵循 Ｏ Ｏ ａ 沉淀 ｒ ｎ位膏绕过帆 Ｗ ■．
关ｔ调 ｌ Ｎｉ ８ 无钴马氏体时散钢、杭淀强化，力学性睨 文献标识码 Ａ 文章鳙号 ０ １ —１６ （０ ２０ — ２ ８ ０ ４ ２ ９ １２ ０ ）３ ０ ７ － ５ 中田法分类号 ＴＧｌ ３２ ｌ ．５
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马 氏体时效钢 的力学性 船
船
到时效峰值； 超过峰时效后， 硬度缓慢下捧； ３０ ｎ 刊 ０ ｏｍｉ 时，硬度分别下降到 ５ ４和 ５ Ｒ ．在 ８ ３Ｋ 置度下 ２Ｈ Ｃ １ 时效， 硬度在 １ —３ ｉ ５ ０ｒ ｎ内达到诙时效温度下的最高值 ａ ５ ． ＨＲ 随后便急剧下降，在 ３ ＠ ｎ时巳下降到 ３ Ｃ， ５ ００ ｍｉ
超高强度 １Ｎｉ ８ 无钻马氏体时效钢的力学性镌
何 毅 杨 柯 孔 凡 亚 曲文 生 苏 国跃
（ 中国科学院金属研究所．沈阳 １０ １） １０６
摘 蔓 研究丁 ２ ０ ａ缎 １ Ｎｉ ０ ０ＭＰ ８ 无钴马氏体时效钢的热处理对微观结构和力学性盹的髟响，并对无钴马氏体时麓■粕 韧
‘收到初稿 日 ：２ ０ － ８ ２ ． 期 ０ １ ０ － ９ 收到修改稿 日期 ：２ ０ １ ９ ０ １ １－ ０ 作者俺舟 ： 何 毂．男 １７ ９ ４年生．博士生
１ 实验 方法
实验 用 料 采用 工业 纯 Ｆ ， 电解纯 度 的 Ｎ ，Ｍ ｏ ｅ ｉ ， Ｔ 等．经过 真 空感 应和 真 空 电弧 重熔 精炼 而成 ，钢 锭重 ｉ
ｏ ０ ０ Ｍ Ｐａｇ ａ ｅ Ｃｃ ｆｅ ８ ｒ ｇｎ ｔｅ ａ ｅ ｎ ｉｖ ｓ ａ ｅ ， ｎ ｈ ｔｅ ｇｈ ｎ ｎ ｄ ｆａ２ ０ ｒ ｄ ￣ ｒｅ １ Ｎｉｍａ ａ ｉ ｇｓｅ ｌｈ ｓｂ ｎ ｅｔ ｔ ｄ ａ ｄ ｔ ｅｓｒｎ ｔ ｅ ｉｇ ａ ｎ ｔ ｕ ｈ ｎ ｎ ｅ ｈ ｉ ｓｗｅ ｉ ｕ ｓ ｄ．Ｔｂ ｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ａ ｄ ｅ Ｓｏ ｅ ｓ ｅ ｌ ｏ ｇ ｅ ｉｇ ｍ ｃ ａ ｓ ｒ ｄ ｓ ｓ ｅ ｎ ｍ ｅ ｃ ｅｅ ｐ ｒ ｍ ｎ ａ ｓ ｌｓｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ｈ ｒ ｈ Ｓ ｆｔ ｔ ｅ ｒ ｈ
18Ni马氏体时效钢强化方法概述_陈建刚
第16卷 第4期2009年8月金属功能材料M etallic Functional M aterialsVol 16, No 4Augu st, 200918Ni 马氏体时效钢强化方法概述陈建刚,张建福,卢凤双,张敬霖,张建生(钢铁研究总院,北京 100081)摘 要:18N i 马氏体时效钢是以无碳(或超低碳)铁镍马氏体为基体的,主要是经时效产生时效强化的高强度钢。
本文简要概述了18N i 马氏体时效钢的发展过程,介绍了固溶强化、相变强化、时效强化、细晶强化、形变强化方法和发展趋势。
关键词:马氏体时效钢;强化方法;固溶强化;相变强化;时效强化;细晶强化;形变强化中图分类号:T G 142 7 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2009)04-0046-04Outline of Strengthening Waysin 18Ni Maraging SteelCH EN Jian g ang,ZH A N G Jian fu,LU Feng shuang,ZH A N G Jing lin,ZH A N Jian sheng(Centra l Ir on &Steel R esear ch Institute,Beijing 100081,China)Abstract:18Ni marag ing steel is a kind of high strength steel strengthened by ageing precipitation hardening of intermetal lics in carbon free o r ex tre low carbon ferronickel martensite matrix T he main strengthening ways of 18N i mar ag ing steel,such as solution strengthening,transfo rmation streng thening ,aging strengthening,fine g rain strengthening,deformation strengthening,are include in the review T he development trend of 18N i maraging steel ar e also presentedKey words:ma rag ing steel;st rengthening w ay;so lutio n str eng thening ;tr ansfo rmation st rengthening ;ag ing strength ening;fine gr ain strengthening;defo rmatio n str eng thening作者简介:陈建刚(1978-),男,主要从事金属功能材料的研究。
18Ni（1700MPa）型马氏体时效钢时效工艺研究_时雨_卫广智_赵飞
18Ni（1700MPa）型马⽒体时效钢时效⼯艺研究_时⾬_卫⼴智_赵飞22⽽原位析出细⼩沉淀相［2-3］。
在时效过程中，马⽒体时效钢的基体中析出⼤量的Ni 3Mo ，Ni 3Ti 等弥散、细⼩的⾦属间化合物，这些第⼆相颗粒会和位错、层错等缺陷发⽣强烈的交互作⽤，从⽽提⾼材料的强度［4］。
随着时效析出，马⽒体时效钢的硬度也随析出物的增加⽽呈现增⾼的趋势。
因此，针对18Ni （1700MPa ）型马⽒体时效钢进⾏了不同温度和时间的时效处理实验，研究不将试验材料先在820℃进⾏1h 固溶处理后⽤电⽕花线切割机切割成10mm×10mm×10mm 的试样，再分别在460~520℃进⾏10~300min 时效处理，热处理实验在箱式电炉中进⾏，到温装炉加热，到温计时，空冷。
利⽤HR-150A 型洛⽒硬度计测量硬度值，载荷为1470N ，在试样表⾯取5个点测量，取平均值。
利⽤18Ni （1700MPa ）型马⽒体时效钢时效⼯艺研究时⾬，卫⼴智，赵飞（贵州⼤学材料与冶⾦学院，贵州贵阳550025）摘要研究不同时效温度和时间对820℃×1h 固溶处理后的18Ni 马⽒体时效钢硬度的影响规律。
研究了480℃时效3h 和4h 的拉伸性能，并利⽤⾦相显微镜、扫描电镜对时效后的组织和断⼝进⾏观察分析。
结果表明：当时效温度较低（460℃），时效3h 达到峰值的98%左右；在较⾼温度（520℃）时效，10min 左右即可达到该⽔平；最优时效⼯艺为480℃×3h ；两种时效⼯艺下的断⼝有明显的延伸和缩颈，中⼼存在⼤量韧窝，为典型的韧性断裂。
关键词18Ni 马⽒体时效钢；时效；⼒学特性；Ni 3Mo ；Ni 3Ti 收稿⽇期：2013-01-16；修回⽇期：2013-01-28基⾦项⽬：贵州省⼯业攻关项⽬（黔科合GY 字（2011）3025）作者简介：时⾬，男，硕⼠研究⽣；从事⾦属材料热处理⼯艺的研究。
_金属功能材料_2009年第16卷总目次
《金属功能材料》2009年第16卷总目次・试验研究・快淬态纳米晶Fe 2Cu 2Ta 2Si 2B 软磁金属薄带的制备胡季帆,等(1-1)…………………………………………机械合金化法制备Ni -Zr 非晶软磁合金粉末的研究张 静,等(1-4)………………………………………电磁屏蔽涂料用非晶粉末偶联处理研究冯 猛,等(1-9)………………………………………………………基于选区激光烧结(SL S )技术成形多孔金属材料的工艺研究牛爱军,等(1-13)……………………………大型钛滤板的生产工艺研究南海娟,等(1-17)…………………………………………………………………机械高能球磨法制备表面多孔金属铝练绵炎,等(1-20)………………………………………………………Ni 415+x Mn 4115-x Sn 1311(x =0,115,310)合金的结构和磁熵变研究王大伟,等(2-1)……………………………Gd 、Y 含量对烧结钕铁硼永磁体磁性能的影响王发立,等(2-5)………………………………………………放电等离子烧结技术制备La 017Mg 013Ni 215Co x 贮氢合金性能研究曾彩霞,等(2-10)………………………低温熔盐电化学制备CoNi Fe 磁性合金膜刘文峰,等(2-14)…………………………………………………电化学沉积法制备Co Pt 纳米线/纳米管李东栋,等(2-17)……………………………………………………Al 2O 3弥散强化铜基复合材料的制备及性能研究王东里,等(2-21)…………………………………………自生复合Cu 2Cr 合金的制备方法研究刘志平,等(2-26)………………………………………………………Ni -P 镀层磷含量对Ni 2P/TiO 2复合膜耐蚀性能的影响林万舟,等(2-29)…………………………………稀土镧对Sn 315Ag 015Cu 钎料组织性能的影响吴 敏(2-34)…………………………………………………超声在电沉积锡基碳纳米管复合材料中应用李昌明,等(2-37)………………………………………………第一性原理方法研究Cr Te 电子结构性质程唤龄,等(2-41)…………………………………………………Fe 2Cr 2Co 永磁合金的激光辐照效应研究纪楗煜,等(3-1)……………………………………………………Nd 60Fe 30M 10(M =Al ,Si ,Ga )系非晶永磁的性能与组织结构汪 洁,等(3-5)………………………………Fe 85-x Nb 618B 717Cu x (x =0,1,3)快淬态纳米晶薄带的制备与磁性张中利,等(3-9)…………………………p H 值对电沉积FeNi/Cu 复合丝巨磁阻抗性能的影响雍树军,等(3-12)……………………………………利用磁力显微镜观察铁镍合金丝的磁畴结构夏 天,等(3-16)………………………………………………Bi 2O 32MoO 3复合掺杂对高磁导率MnZn 铁氧体磁特性的影响迟煜頔,等(3-21)…………………………矿用碳钢罐道表面超声速喷涂不锈钢涂层研究沈承金,等(3-25)……………………………………………SrAl 2O 4∶Eu 2+,Dy 3+材料发光性能的影响因素的研究邱 冬,等(3-31)……………………………………不同工艺烧结钕铁硼磁体的脆性分析惠英林,等(4-1)…………………………………………………………Fe 88Zr 7B 4Co 1软磁纳米晶薄带的巨磁阻抗效应黎 伦,等(4-4)………………………………………………低硅无取向电工钢退火过程中晶粒组织变化对磁性的影响王峰涛,等(4-8)…………………………………三层电磁屏蔽复合材料结构设计蔡迎波,等(4-13)……………………………………………………………Fe 2B/Fe 3O 4纳米复合粒子的吸波性能研究李 婷,等(4-16)…………………………………………………结构弛豫对Cu 5811Zr 3519Al 6块状非晶合金弹性性能的影响李 萍,等(4-20)………………………………碳包覆坡莫合金纳米粒子磁流体制备及表征李 儒,等(4-23)………………………………………………钢包底吹氩对电热合金Cr 20Ni 35非金属夹杂物的影响王传玉,等(4-26)……………………………………共晶反应定向凝固工艺制备多孔材料气孔形成和长大机理陈文革,等(4-30)………………………………泡沫镍的宏观拉伸断裂行为刘培生,等(4-33)…………………………………………………………………NdDyFeAlCuB 合金的显微结构和磁性能的研究秦春段,等(5-1)……………………………………………陀螺电机用钐钴永磁合金稳定性研究李泽江,等(5-4) (Ⅰ)第6期 《金属功能材料》2009年第16卷总目次贮氢合金La 0165Mg 0135Ni x (x =310～315)高温电化学性能的研究春 林,等(5-8)…………………………非晶态合金填充氯化聚乙烯的电磁屏蔽性能研究曾 敏,等(5-12)…………………………………………应变率和应变历史对β-α双相铜基形状记忆合金力学行为的影响王国平,等(5-16)………………………电场激活合成Mg 2Si 的热电性能研究李柏松,等(5-19)………………………………………………………热处理对双液双金属复合铸造颚板齿尖材质的影响荣守范,等(5-22)………………………………………硅油基镝铁氧体磁流体研制及表征吴凤义,等(5-27)…………………………………………………………Cu 2018Cr 2012Zr 合金固溶时效后的组织与性能研究姜 伟,等(5-31)………………………………………Sr 4Al 14O 25∶Eu 2+,Dy 3+材料的制备及发光性能影响因素研究鲁道荣,等(5-35)……………………………FeSiBC 非晶纳米晶合金材料的腐蚀行为研究陈智慧,等(6-1)………………………………………………热机械循环训练对Fe 215Mn 24Si 28Cr 24Ni 形状记忆合金耐腐蚀性能和低温应力松弛的影响 杨 军,等(6-5)…………………………………………………………………………………………………磁性液体的等离子体制备及表面张力系数研究李艳琴,等(6-8)………………………………………………高强阻尼铝合金轧制板材的组织与性能李 伟,等(6-11)……………………………………………………热电池用导电镍带的高温硫化行为研究王 辉,等(6-15)……………………………………………………铜铅轴承材料减摩耐磨性能及其温度的影响尹延国,等(6-20)………………………………………………Zn 、Si 共掺杂纳米TiO 2的制备及其光催化性能康 华,等(6-25)……………………………………………氧化锆基固体电解质价电子结构研究石 敏,等(6-30)………………………………………………………尖晶石LiMn 2O 4材料的高温固相合成及性能表征蒙冕武,等(6-35)…………………………………………・综合述评・HDDR 各向异性NdFeB 研究进展罗 阳,等(1-24)…………………………………………………………3∶29富铁金属间磁性化合物的研究现状和趋势徐志斌,等(1-29)…………………………………………非晶、纳米晶软磁材料退火工艺研究进展周 磊,等(1-32)……………………………………………………Cu 基非晶合金的最新研究进展司 颐,等(1-37)………………………………………………………………EBSD 技术及其在取向硅钢研究中的作用孙 颖,等(1-41)…………………………………………………稀土RE 2Pt 材料的应用与研究进展徐成福,等(1-45)…………………………………………………………多主元高熵合金的研究进展郭卫凡,等(1-49)…………………………………………………………………锂离子电池正极材料LiNi 1/3Co 1/3Mn 1/3O 2的研究进展陈小丽,等(1-54)……………………………………电子封装SiCp/Al 复合材料导热性能研究与进展余志华,等(1-59)…………………………………………La 2Mg 2Ni 系贮氢合金的研究进展王利伟,等(2-46)……………………………………………………………高能球磨中纳米亚稳相的合成戴乐阳,等(2-51)………………………………………………………………锡基无铅电子焊料的研究进展与发展趋势闵文锦,等(2-55)…………………………………………………低膨胀钨酸锆(ZrW 2O 8)复合材料的研究现状王 鑫,等(2-60)………………………………………………快淬工艺制备钕铁硼纳米复合稀土永磁材料井浩宇,等(3-35)………………………………………………LiAl H 4作为储氢合金的研究现状郑雪萍,等(3-39)……………………………………………………………AB 5型稀土贮氢合金负极材料研究进展及发展趋势许 进,等(3-43)………………………………………大块非晶合金的研究历程郭金柱,等(3-49)……………………………………………………………………Mo 2Si 2B 合金的制备及性能研究现状刘应超,等(3-56)………………………………………………………泡沫钛材料国内外研究现状及展望白珍辉,等(3-62)…………………………………………………………双连通结构铝基复合材料及其应用雷 杰,等(3-67)…………………………………………………………26502T8铝合金材料耐热性能的研究进展王国军,等(3-73)…………………………………………………Ni 2Mn 2Ga 铁磁性形状记忆合金的最新研究进展边 疆,等(4-38)…………………………………………高纯铁制备技术综述孙 辉,等(4-42)…………………………………………………………………………18Ni 马氏体时效钢强化方法概述陈建刚,等(4-46)……………………………………………………………Ⅱ金属功能材料 2009年高性能高硅铝基合金研究展望安建军,等(4-50)………………………………………………………………(Ba ,Sr )TiO 3薄膜制备技术新进展单志强,等(4-53)…………………………………………………………Cu 215Ni 28Sn 合金的开发与应用现状祁红璋,等(4-57)………………………………………………………镁合金作为生物医用植入材料的研究进展余 琨,等(4-61)…………………………………………………镁基储氢合金的最新研究进展章燕青,等(5-38)………………………………………………………………储氢合金电化学性能影响因素的研究进展丰洪微,等(5-42)…………………………………………………铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究进展及发展前景马光耀,等(5-46)…………………………………………质子交换膜燃料电池双极板的研究现状与展望杨丽军,等(5-50)……………………………………………高磁感取向硅钢(Hi 2B )中Al 抑制剂的固溶析出行为李建军,等(5-55)……………………………………日本改善Hi 2B 硅钢性能的新举措卢凤喜,等(5-59)…………………………………………………………铝基非晶态合金研究进展尹志其,等(6-40)……………………………………………………………………FeCuNbSiB 系列纳米晶软磁合金应力敏感性的研究概况张宁娜,等(6-45)…………………………………层状LiMnO 2正极材料的新型碳热还原制备与性能表征李学良,等(6-50)…………………………………表面纳米化处理对铝、镁合金性能的影响郭卫凡(6-55)………………………………………………………金属细化方法的研究现状高晓龙,等(6-60)..............................................................................W 2WC 混杂增强铜基块状非晶复合材料的研究进展寇生中,等(6-66).............................................Al H 3张 斌,等(6-71) (Ⅲ)第6期 《金属功能材料》2009年第16卷总目次。
微量元素对18ni系马氏体时效钢力学性能和微观组织影响论文
论 文 独 创 性 声 明本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得江苏科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名：日期：学 位 论 文 使 用 授 权 声 明江苏科技大学有权保存本人所送交的学位论文的复印件和电子文稿，可以将学位论文的全部或部分上网公布，有权向国家有关部门或机构送交并授权其保存、上网公布本学位论文的复印件或电子文稿。
本人电子文稿的内容和纸质论文的内容一致。
除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。
研究生签名：导师签名：日期：日期：第1章绪论第1章绪论1.1引言马氏体时效钢是以无碳、超低碳Fe-Ni马氏体为基体，经过400~550℃时效可以产生金属间化合物沉淀硬化的超高强度钢[1]，广泛应用于航空、航天以及军事等尖端领域[2~5]。
在20世纪60年代初，国际镍公司（INCO）首先开发出具有工业应用价值的马氏体时效钢[1]。
1961~1962年间该公司Decker等人发现在Fe-Ni马氏体合金中同时加入Co、Mo可使马氏体时效硬化效果大大提高，并通过调整Co、Mo、Ti含量得到屈服强度分别达到1400、1700、1900 MPa的18Ni（200）、18Ni（250）和18Ni（300）的18Ni系马氏体时效钢[3,4]，并首先将18Ni（200）和18Ni（250）应用于火箭发动机壳体[5]。
60年代后期国际镍公司（INCO）和钨钒高速工具钢公司（Vasco）又研制出了屈服强度达到2400MPa的18Ni（350）。
研究工作者还对马氏体时效钢的加工工艺、各种性能和强韧性机理进行了研究，同时还探索了屈服强度高达2800MPa和3500MPa 的所谓400级和500级马氏体时效钢[4,6]。
18Ni(1700MPa)型马氏体时效钢时效工艺研究
ｔ ｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｌ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｗｏ ｋ ｉ ｅ ｓ ｓ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ １ ８ Ｎｉ ｍａ ｒ ａ ｇ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ； ａ ｇ ｉ ｎ ｇ； ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ； Ｎｉ ３ Ｍｏ ； Ｎｉ ３ Ｔ ｉ
１ ８ Ｎ ｉ （ １ ７ ０ ０ ＭＰ ａ ） 型马 氏体 时效 钢时效工艺研 究
时雨 ， 卫 广智 ， 赵 飞
（ 贵州 大学 材料与冶金学院 ， 贵州 贵 阳 ５ ５ ０ ０ ２ ５ ） 摘 要 研究不 同时效温度 和时间对 ８ ２ ０￣ Ｃ ｘ ｌ ｈ 固溶处理后 的 １ ８ Ｎ ｉ 马 氏体时效 钢硬度 的影 响规 律 。研究 了４ ８ ０ 时效 ３ ｈ和 ４ ｈ 的拉 伸性能 ， 并 利用金 相显微 镜 、 扫描 电镜对 时效后 的组织 和断 口进 行观察分 析 。结果表 明 ： 当时效温度 较低 （ ４ ６ ０ ｏ Ｃ ） ， 时效 ３ ｈ 达到峰值 的 ９ ８ ％左右 ； 在较高温度 （ ５ ２ ０ ｏ ｃ ） 时效 ， １ ０ ａｉ ｒ ｎ 左右 即可达到该水平 ； 最优时效工艺为 ４ ８ ０￣ Ｃ ｘ ３ ｈ ； 两种时效工艺下 的断 口有 明显的延伸和缩颈 ， 中心存在 大量 韧窝 ， 为典型 的韧性断裂 。
TAM210A时效钢18Ni1900马氏体时效钢 双真空冶炼工艺
TAM210A时效钢18Ni1900马氏体时效钢双真空冶炼工艺TAM210A时效钢18Ni1900马氏体时效钢双真空冶炼工艺TM210A钢为18Ni系列新型300级超高强度马氏体时效钢,具有较高的强韧性指标。
国内多采用VIM+VAR工艺冶炼，双真空熔炼(VIM+VAR)：用VIM法生产的钢作VAR的电极，该电极自耗重熔后其纯净度又一次提高，同时改善内部组织结构使之更均匀。
其氧含量达8×10-6以下，与脱气钢比，它的材料致密度高，晶粒细小均匀，大大提高了力学性能。
以上是优先，缺点就是成本高了。
以无碳（或微碳）马氏体为基体的，时效时能产生金属间化合物沉淀硬化的超高强度钢。
与传统高强度钢不同，它不用碳而靠金属间化合物的弥散析出来强化。
这使其具有一些的性能：高强韧性，低硬化指数，良好成形性，简单的热处理工艺，时效时几乎不变形，以及很好的焊接性能。
因而马氏体时效钢已在需要此种特性的部门获得广泛的应用。
TM210A钢是冶金部钢铁研究总院研制出的目前强韧性能的马氏体时效钢，本钢种的研制成功为我国18Ni马氏体时效钢的系列化提供了新品种。
该材质的锻件都为重要受力件，主要以齿轮为主，因此对这种材料内部质量要求很高。
由于TM210A这种材料价格昂贵，所以锻件加工余量一般比较小。
先要求原材料合格，故对原材料钢棒也进行超声波探伤，按照标准HB／Z59超声波检验质量等中的AA验收，不允许有线形缺陷存在。
原材料表面光洁度差，但验收等高，这要求超声波探伤仪及探头的综合灵敏度高、分辨力高，仪器水平线性、垂直线性好，定性定量准确。
TM210A马氏体时效钢化学成分：碳C: ≤0.015;镍Ni: 17.50~18.50;钴Co: 9.50~10.50;钼Mo: 4.20~4.80;钛Ti: 0.82~1.02;铝Al: 0.05~0.15;铁Fe: 余量。
钢突出的优点是热处理工艺简单方便，固溶后先进行机械加工再进行时效，热处理变形小，加工性能及焊接性能都很好。
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第16卷 第4期2009年8月金属功能材料M etallic Functional M aterialsVol 16, No 4Augu st, 200918Ni 马氏体时效钢强化方法概述陈建刚,张建福,卢凤双,张敬霖,张建生(钢铁研究总院,北京 100081)摘 要:18N i 马氏体时效钢是以无碳(或超低碳)铁镍马氏体为基体的,主要是经时效产生时效强化的高强度钢。
本文简要概述了18N i 马氏体时效钢的发展过程,介绍了固溶强化、相变强化、时效强化、细晶强化、形变强化方法和发展趋势。
关键词:马氏体时效钢;强化方法;固溶强化;相变强化;时效强化;细晶强化;形变强化中图分类号:T G 142 7 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2009)04-0046-04Outline of Strengthening Waysin 18Ni Maraging SteelCH EN Jian g ang,ZH A N G Jian fu,LU Feng shuang,ZH A N G Jing lin,ZH A N Jian sheng(Centra l Ir on &Steel R esear ch Institute,Beijing 100081,China)Abstract:18Ni marag ing steel is a kind of high strength steel strengthened by ageing precipitation hardening of intermetal lics in carbon free o r ex tre low carbon ferronickel martensite matrix T he main strengthening ways of 18N i mar ag ing steel,such as solution strengthening,transfo rmation streng thening ,aging strengthening,fine g rain strengthening,deformation strengthening,are include in the review T he development trend of 18N i maraging steel ar e also presentedKey words:ma rag ing steel;st rengthening w ay;so lutio n str eng thening ;tr ansfo rmation st rengthening ;ag ing strength ening;fine gr ain strengthening;defo rmatio n str eng thening作者简介:陈建刚(1978-),男,主要从事金属功能材料的研究。
1 前 言18Ni 马氏体时效钢是以无碳(或超低碳)铁镍马氏体为基体,500 左右时效能产生金属间化合物时效强化的高强度钢[1],广泛应用于航空、航天、原子能等领域[2~5]。
具有工业应用价值的马氏体时效钢,是20世纪60年代初由国际镍公司(INCO)首先开发出来的[1]。
1961~1962年间该公司Decker 等人发现,在Fe Ni 马氏体合金中同时加入Co 、M o 可使马氏体时效强化效果显著提高,并通过调整Co 、M o 、T i 含量得到屈服强度分别达到1400M Pa 、1700M Pa 、1900M Pa 的18Ni (200)、18Ni(250)、18Ni(300)的马氏体时效钢[4],并首先将18N i(200)和18Ni(250)应用于火箭发动机壳体[5]。
它的出现,立即引起各国材料工作者的高度重视。
20世纪60年代后期国际镍公司(INCO)和钨钒高速工具钢公司(Vasco )又研制出了屈服强度达到2400M Pa 的18Ni(350)钢。
表1列出了典型18Ni 马氏体时效钢的标称化学成分和屈服强度。
表1 典型18Ni 马氏体时效钢的标称化学成分与屈服强度[4]Table 1 Nominal chemical compositions and yieldstrength of typical maraging steels [4]合金化学成分/%(质量)Ni Co M o Al T i 屈服强度/M Pa 18Ni(200)18 08 53 30 10 2140018Ni(250)18 08 55 00 10 4170018Ni(300)18 09 05 00 10 7200018Ni(350)17 512 54 20 11 62400研究工作者们还对马氏体时效钢的加工工艺、各种性能和强韧性机理进行了研究,同时还探索了屈服强度高达2800M Pa和3500M Pa的所谓400级和500级马氏体时效钢[4,6]。
不过这两个级别的钢种由于韧性太低,而且生产工艺过于复杂,没有得到实际应用[6]。
与此同时,前苏联和联邦德国等国也开始了18Ni马氏体时效钢的研究。
20世纪70年代,日本因开发浓缩铀离心机的需要,对该钢也进行了系统、深入的研究。
20世纪80年代以后,Co 资源短缺和价格上涨,促使材料工作者研制无钴马氏体时效钢来代替高钴马氏体时效钢。
我国从20世纪60年代后期开始,最初以仿制18Ni系马氏体时效钢为主。
到20世纪70年代中期又开始研制强度级别更高的钢种和无钴或节镍钴马氏体时效钢,开发出用于高速旋转体的超高纯、高强韧性马氏体时效钢(CM-1)等钢种。
本文将重点介绍18Ni马氏体时效钢的固溶强化、相变强化、时效强化、细晶强化、形变强化。
2 18Ni马氏体时效钢的强化2 1 固溶强化在基体中加入合金元素一般都能起到一定的强化作用。
这是由于加入的合金元素与基体元素原子尺寸及电子结构不同,产生溶质原子的长程内应力和位错与溶质相遇时的短程作用力,从而产生强化效果。
Pickering发现,置换型溶质对强度总的贡献为 C12,其中C为溶质浓度, 为错配度。
可以看出,在溶质浓度相同的条件下,错配度大的元素强化效果较好。
溶质原子还有一种非均匀强化作用,即溶质原子偏聚在位错周围形成原子团,如Co ttrell气团、Sno ek气团、Suzuiki气团,对位错产生钉扎作用,阻碍位错运动而强化。
一种元素的固溶强化效果往往不如两种以上元素的复合强化效果大,因此,常常采用复合固溶强化。
18Ni马氏体时效钢通过固溶处理后可以获得单一均匀、细小的马氏体组织,为在时效过程中充分发挥合金元素的作用做好组织上的准备。
该钢的成分为Fe Ni Co M o Ti Al,固溶处理后,Ni,Co,M o 等合金元素溶入基体形成过饱和固溶体,引起固溶强化。
但由于时效后,大部分合金元素又以沉淀强化相析出,固溶在基体中的合金元素含量又大幅度下降,所以固溶强化对整个强度的贡献并不大,约为100~250M Pa。
2 2 相变强化马氏体时效钢由奥氏体向马氏体转变过程发生相变冷作硬化,由相变冷作硬化引起的强度增加约为500~600M Pa。
在光学显微镜下,基体呈现块状的马氏体,实际上由若干细小的条晶构成,每一个条晶的宽度约为数千至一万nm,条晶之间存在一个小角度的相间界。
由于块状的马氏体不存在点阵弹性畸变,所以具有高强度的特点。
2 3 时效强化时效强化对最终的强度起着决定性的作用,一般情况下,时效强化可使马氏体时效钢强度值增加1000~2000M Pa。
文献[7]认为,马氏体时效钢时效处理过程可分为3个阶段:马氏体回复、析出相反应和富镍奥氏体形成。
Floreen和Decker[8]认为,马氏体时效钢的时效处理过程通常不存在孕育期,其强化速度极快。
关于这种现象,人们提出了两种不同的观点。
一种观点认为[9~18]在时效初期,马氏体时效钢中形成了溶质原子富集区。
研究人员[9]认为置换式合金元素可以在马氏体内产生应变强化,置换元素集中于位错附近,是马氏体时效钢时效分解的第一步。
在位错附近的原子可能呈有序分布状态。
蔡其巩等[10,11]认为,由于Fe N i马氏体中的位错常以螺型位错的形式存在,位错线平行于布氏矢量或 111 方向。
由于沿着位错线富集合金元素的结果,在时效初期沿 111 方向形成细长条状预沉淀区。
Kirienko等[12]采用场离子显微镜研究了Fe 16Ni (l 2~4 5)M o(w t%)马氏体时效钢的时效初期反应,发现在500 时效30s的钢中,M o不均匀分布,M o倾向于在位错和界面处富集,其不均匀程度随钢中M o量的降低而下降。
研究人员[13]采用小角X射线散射发现,Fe 18 28%Ni 8 8%Co 2 93%Mo(at%)马氏体时效钢在固溶处理冷却过程中便有富M o区形成,说明已有相分解发生。
Ge nin等[14]通过穆斯堡尔谱研究发现,在Fe 12 2% Ni 6 2%M o(at%)和Fe 17 3Ni% 8 4%Co 2 1% M o(at%)马氏体时效钢时效初期形成富M o区,在富M o区贫Fe。
沙维等[15]采用场离子显微镜原子探针对C 300马氏体时效钢的时效初期反应进行了研究,发现N i、M o和T i同时偏聚。
其中,Ni偏聚更强一些。
电子衍射结果表明[16],18Ni(350)马氏体时效钢在时效初期有Fe Co短程有序区形成,其余区域为Ni、M o和Ti富集区。
研究人员[17,18]认为,溶质原子富集区与基体之间保持共格关系,但关于溶质原子富集区结构的认识尚不统一。
47第4期 陈建刚等:18Ni马氏体时效钢强化方法概述另一种观点认为:时效处理初期,马氏体时效钢中发生了调幅分解。
调幅分解发生在同一点阵构造中,分解时溶质原子分布规律呈正弦曲线状态分布。
虽然高浓度部分和低浓度部分均处于共格状态,但两者之间存在共格畸变,使调幅分解组织的强度得到有效的提高。
文献[19]推测,马氏体时效钢时效处理时可能发生了调幅分解,但未得到实验证实;1983年,研究人员[20]在18Ni马氏体时效钢的时效组织中发现了调幅组织,提出这是调幅分解的结果,并且认为时效初期的调幅分解对组织的强化起了很大作用。
通过在调幅组织基础上原位析出金属间化合物,得到马氏体时效钢强化析出相,调幅分解组织越细密,即成分波动越小,析出相弥散均匀且数量多,就越能得到更佳的组织与性能。
此外,为了进一步提高合金的综合性能,文献[21]将分级时效工艺应用于马氏体时效钢的处理工艺中。
分级时效是指合金固溶处理后,在某一温度保温一段时间,再在另一温度下进行时效的复合工艺[22]。