馬氏體時效鋼3j33A 3j33B 3j33C熱處理 力學性能

 馬氏體時效鋼的特性與應用
18%Ni馬氏體時效鋼屬于鐵基合金，具有高的強度同時而又不失好的延展性。鐵的基體與以高含量鎳為主進行合金化，獲得非常特殊的熱處理材料。同時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，加入量最多達到12%，用于加速析出反應并保證獲得大量、均勻的析出物。馬氏體時效鋼本質上說是不含碳的，這是區別該鋼與大多數其他類型鋼種的特征。
馬氏體時效鋼性能特點為：
——室溫下具有超高強度
——簡單熱處理，保證最小的熱處理變形
——與處于同一強度水平的淬火鋼相比具有優異的疲勞韌性
——低碳含量，從而消除脫碳問題
——截面尺寸是硬化過程中一個重要的影響因素
——易于加工
——好的焊接性能
——具有高強度與高韌性
——易切削加工，低的加工變形量
——熱處理過程中收縮均勻穩定
——易滲氮
——具有好的抗腐蝕與裂紋擴展能力
——拋光光潔度高

馬氏體時效鋼是國際鎳公司（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生時效強化的一種超高強度鋼。馬氏體時效鋼具有強度高、韌性好、熱處理簡單、焊接性能好及良好的冷熱加工性能，因而被廣泛地應用于工業、軍事等各種領域。進入80年代以來，無鈷馬氏體時效鋼的研發大大降低了馬氏體時效鋼的成本。同時，其性能也有了進一步的提高。

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

表1 幾種典型的18Ni馬氏體時效鋼化學                 單位：% （質量分數）

這些特性說明馬氏體時效鋼能被用作軸，長而細的滲碳或滲氮部件以及沖擊疲勞環境下工作的零件，如打印頭或離合器等。
馬氏體時效鋼的回火處理
回火作為一種熱處理工藝從中世紀時代就開始應用，用于淬火馬氏體合金的處理。而目前回火工藝僅用于對鋼進行處理，因為鋼占所有馬氏體硬化合金中的絕大多數。
馬氏體時效鋼是不含碳的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，導致強的沉淀強化效果。根據鋁、銅以及其它非鐵合金的沉淀強化類推，可將該工藝過程稱作時效處理。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效鋼。
商業化馬氏體時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。在馬氏體時效鋼中，這些中間過渡金屬間析出物顆粒由于在位錯處析出，因而分布極其彌散，這一組織特點具有特別的實際應用價值。
馬氏體時效鋼的組織具有高密度位錯，在板條（非孿生）馬氏體中，位錯密度達到1011～1012/cm2數量級，也就是與強應變硬化金屬處于同一范圍。在這方面，馬氏體時效鋼（硬化態）的亞結構明顯不同于鋁、銅和其它合金，它們在淬火時不會出現多態性變化。
馬氏體時效鋼3j33A 3j33B 3j33C熱處理 力學性能假設馬氏體時效鋼在回火過程中，中間相的析出是由于合金元素的原子在位錯線上的偏聚，則在位錯上形成的產物可以作為合金元素在過飽和馬氏體中的富集分層。
馬氏體時效鋼在馬氏體轉變過程中形成的位錯結構，在隨后的加熱過程中保持非常穩定，實際上在回火溫度范圍內（480～500℃）未發生變化。在整個的回火過程中，出現如此高密度的位錯，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。
在高溫（550℃甚至更高）條件下，長的回火時間可能會導致析出物粗化，并增大顆粒間距，而位錯密度同時也在下降。在長的保溫時間下，就不出現半共生的中間過渡金屬間析出物，取而代之的是穩定相如Fe2Ni或Fe2Mo形成的粗大共生析出物。
將回火溫度提高到超過500℃，馬氏體時效鋼可能會發生馬氏體向奧氏體分解轉變，于是在奧氏體形成的過程中出現金屬間化合物的溶解。

馬氏體時效鋼3j33A 3j33B 3j33C熱處理 力學性能的性能特征
和所有析出強化合金一樣，馬氏體時效鋼的力學性能與回火溫度有關，即強度增加到峰值后，發生軟化過程。根據時效的概念類推，在回火過程中，硬化與軟化回火過程可能獨立進行。
硬化效應是由在位錯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硬化效應影響最大。軟化效應首先是由于彌散分布的析出物粗化，顆粒間距增大，其次是馬氏體發生逆向轉變，金屬間化學物溶解在奧氏體中。
在回火過程中馬氏體時效鋼的抗拉強度大約提高80%，而屈服極限卻提高約140%，就是說，強度增加的相對值比典型的實效硬化合金如鈹青銅或鋁合金G1915要低，但馬氏體時效鋼在回火過程中，抗拉強度與屈服強度絕對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效鋼在初始狀態下（硬化態）就具有非常高的強度（Rm=1100MPa）。
馬氏體時效鋼在480～500 ℃回火1～3h后具有高的強度，可能的原因是，在強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數量級，這些金屬間析出物也具有高的強度。因此，馬氏體時效鋼具有相當高的抗拉強度（Rm=1800～2000MPa）。
與馬氏體硬化碳鋼相比，在相同的強度水平下，不含碳的馬氏體時效鋼具有明顯高的抗脆性斷裂能力，這是該鋼種優點。在回火后達到最大強度后，塑性指標與沖擊韌性盡管有稍微的降低，但仍然保持在相當高的水平。不含碳的基體具備高的塑性以及基體中高