馬氏體時(shí)效鋼的特性與應(yīng)用3j

1、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，具有極高的強(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(shuō)是不含碳的，這是區(qū)別該鋼與大多數(shù)其他類型鋼種最明顯的特征。 馬氏體時(shí)效鋼性能特點(diǎn)為： 室溫下具有超高強(qiáng)度 簡(jiǎn)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(wèn)題 截面尺寸是硬化過(guò)程中一個(gè)重要的影響因素 易于加

2、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(guò)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 這些特性說(shuō)明馬氏體時(shí)效鋼能被用作軸，長(zhǎng)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(kāi)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

3、類合金經(jīng)淬火成馬氏體，然后在480500回火。在回火過(guò)程中，由于合金元素在馬氏體中過(guò)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(guò)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(guò)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-碳化物。在馬氏體時(shí)效鋼中，這些中間過(guò)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）

4、馬氏體中，位錯(cuò)密度達(dá)到10111012/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?cè)诖慊饡r(shí)不會(huì)出現(xiàn)多態(tài)性變化。 假設(shè)馬氏體時(shí)效鋼在回火過(guò)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(guò)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(guò)程中形成的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，在隨后的加熱過(guò)程中保持非常穩(wěn)定，實(shí)際上在回火溫度范圍內(nèi)（480500）未發(fā)生變化。在整個(gè)的回火過(guò)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(zhǎng)的回

5、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(zhǎng)的保溫時(shí)間下，就不出現(xiàn)半共生的中間過(guò)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(guò)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(guò)程中出現(xiàn)金屬間化合物的溶解。 馬氏體時(shí)效鋼的性能特征 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(guò)程。根據(jù)時(shí)效的概念類推，在回火過(guò)程中，硬化與軟化回火過(guò)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(guò)渡相如Ni3Mo與Ni3Ti形成的部分共生析出物對(duì)硬

6、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(guò)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(shuō)，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(guò)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480500 回火13h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)

7、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=18002000MPa）。 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，這是該鋼種最突出的優(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度彌散均勻分布的金屬間析出物，使材料具有極高的抗開(kāi)裂能力，這是現(xiàn)代高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料最重要的性能。 馬氏體時(shí)效鋼由于具有這些性能特征，可用作自動(dòng)數(shù)據(jù)處理機(jī)電設(shè)備的機(jī)械部件。這類鋼用作要求熱處理后具備良好的尺寸控制的軸件，原因之一是由于馬氏體時(shí)效鋼不需要淬火

8、，應(yīng)該更容易保持加工件的尺寸；其次是磨損實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明馬氏體時(shí)效鋼與當(dāng)前常用的軸類材料具備相當(dāng)?shù)哪湍バ阅?，甚至更好?18%Ni馬氏體時(shí)效鋼具有高的沖擊疲勞強(qiáng)度，可用在反復(fù)沖擊載荷的環(huán)境下。與處于相同強(qiáng)度水平的淬火鋼相比，馬氏體時(shí)效鋼的斷裂韌性更高，可用于高沖擊低載荷的環(huán)境。 最后，由于馬氏體時(shí)效鋼的時(shí)效溫度相當(dāng)?shù)停瑧?yīng)該考慮將它制成細(xì)長(zhǎng)零件。另外，還可以就替代一些表面硬化或滲氮零件等方面作深入研究。 應(yīng)用實(shí)例 馬氏體時(shí)效鋼在時(shí)效前就具有高的強(qiáng)度與塑性，可以制成火箭與導(dǎo)彈的薄殼，在保持滿足應(yīng)用要求的強(qiáng)度前提下提高有效載荷。馬氏體時(shí)效鋼具有非常穩(wěn)定的顯微組織性能，即使在溫度過(guò)高而發(fā)生過(guò)時(shí)效后，軟化過(guò)

9、程也非常緩慢。這些合金在適當(dāng)高的工作溫度下保持良好的性能，最高工作溫度超過(guò)400。馬氏體時(shí)效鋼適合用作引擎零件如曲柄、軸與齒輪，以及用作自動(dòng)武器的撞針。撞針是在相當(dāng)高的載荷與沖擊作用而同時(shí)冷熱反復(fù)交替的環(huán)境下工作。由于均勻膨脹，并且在時(shí)效前易切削加工，使得馬氏體時(shí)效鋼可用于裝配線上的高磨損單元以及用作模具制造。而其他超高強(qiáng)度鋼，如二次硬化“Aermet”鋼，由于基體內(nèi)的碳化物顆粒一直呈彌散分布，因此很難加工處理。 在擊劍運(yùn)動(dòng)中，由國(guó)際擊劍協(xié)會(huì)或FIE主辦的競(jìng)賽中使用的劍刃通常由馬氏體時(shí)效鋼制作而成。馬氏體時(shí)效鋼劍刃要求是金屬薄片的形式，因?yàn)榱鸭y在馬氏體時(shí)效鋼中的擴(kuò)展速率比在碳鋼中慢10倍。這降低了劍刃的破損，給人的傷害機(jī)會(huì)更少。這類劍刃設(shè)計(jì)成平齊折斷，這樣就會(huì)“幫對(duì)手一個(gè)大忙”。 馬氏體時(shí)效鋼越來(lái)越多地用在體育行業(yè)。英國(guó)與美國(guó)的雷諾自行車已經(jīng)采用新型不銹馬氏體時(shí)效鋼鋼管制造自行車車架。不銹馬氏體時(shí)效鋼用于制作高爾夫球桿球頭、外科手術(shù)器械以及皮下注射器等。該鋼種不適合用作解剖刀刃，因?yàn)殇撝袔缀醪缓?，做不成鋒利的刀刃。 一些國(guó)家在馬氏體時(shí)效鋼的生產(chǎn)、進(jìn)出口方面受到國(guó)際社會(huì)的密切監(jiān)控。馬氏體時(shí)效鋼用于制造鈾濃縮用氣體離心分離機(jī)，這利用了該鋼種的極高強(qiáng)度、良好的加工性能以及優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性等特點(diǎn)，很少有其它材料能勝任這一