上海大学2010～2011学年冬季学期研究生课程考试 小论文 课程名称：汽车刚强度钢板研究课程编号：101101909 论文题目: 高强度钢中马氏体时效钢的综述 研究生姓名: 尹学号: 10721 论文评语: 成绩: 任课教师: 评阅日期:
高强度钢中马氏体时效钢的综述 摘要马氏体时效钢是以无碳( 或超低碳) 铁镍马氏体为基体的经时效生产金属间化合物沉淀硬化的。超高强度钢。该钢在高强度时效处理前具有良好的成形性，时效处理几乎不变形，时效处理后有高强韧性。文中论述了典型Ni2Co2Mo2Ti2Al 马氏体时效钢和Ni2Mo2Ti(2Cr2Al) 无钴马氏体时效钢的化学成分和力 学性能，阐述了马氏体时效钢在400～500 ℃时效时马氏体基体内产生大量强化效果极高、韧性损失极小的金属间化合物沉淀相的时效结构和强化机制，以及Ni、Co、Mo、Cr、Mn、Ti 等元素在马氏体时效钢中的合金化作用。概述了马氏体时效钢的生产工艺，应用和发展趋向。 关键词马氏体时效钢；沉淀析出；强化机制；力学性能 The description of ultrahigh strength steel -Maraging steel Abstract Maraging steel is a kind of ultrahigh strength steel strengthened by ageing precipitation hardening of intermetallics in carbon2free or extra2low carbon ferronickel martensite matrix. It has excellent formability before ageing treatment and almost non2deforming during ageing , after ageing the steel has high strength and toughness. The chemical compositions and mechanical properties of typical Ni2Co2Mo2Ti2Al maraging steel and Ni-Mo-Ti (-Cr-Al) cobalt-free maraging steel are reviewed，and the ageing structure and strengthening mechanism of mass intermetallics precipitation phases produced in martensite matrix of maraging steel ageing at 400-500℃ which has high strengthening effect and minimal toughness loss and the alloying effect of alloy elements such as Ni ,Co ,Mo ,Cr ,Mn and Ti in maraging steel are presented in this article.The production process, application and developing trend of maraging steel are also summarized. Keyword：Maraging Steel; Precipitation; Strengthening Mechanism;Mechanical Properties 一、引言 1.1超高强度钢的背景 超高强度钢一般是指屈服强度大于1380MPa的高强度结构钢。20世纪40年代中期，美国用AISI4340结构钢通过降低回火温度，使钢的抗拉强度达到1600-1900MPa。马氏体时效钢强化作用是通过马氏体相变和等温时效析出金属间化合物Ni3Mo来达到的。马氏体时效钢的基本化学成分是18％Ni-8％Co-5％Mo。随着钛含量从0.20％提高到1.4％，屈服强度可以在1375-2410MPa之间变化。为了获得高韧性，应尽量降低钢中的磷、硫、碳和氮含量。 除了广泛应用的AF1410等二次硬化超高强度钢之外，为了获得更高的强度和韧性配合，美国SRG在二次硬化钢的物理冶金学研究基础上，开发了高洁净度的AerMet钢。高洁净度保证Aer-Metl00钢(0.23％C-3％Cr-11.1％Ni-13.4％Co-1.2％Mo)具备目前最佳的强度和韧性配合。AerMet310(0.25％C-2.4％Cr-11％Ni-15％Co-1.4％Mo)是最近Carpenter公司在AerMetl00的基础上开发的高强高韧钢。与AerMetl00相同，AerMet310也是双真空冶炼的含镍钴钢，它具有良好的韧性和塑性。AerMet310的抗拉强度是2172MPa，比AerMetl00高出200MPa。与Marage300相比，AerMet310的屈强比较小，因而可在断裂前吸收较多的塑
第16卷 第4期 2009年8月 金属功能材料 M etallic Functional M aterials Vol 16, No 4Augu st, 2009 18Ni 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)04-0046-04 Outline of Strengthening Ways in 18Ni Maraging Steel CH 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 presented Key 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 yield strength 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 5 12 5 4 2 0 1 1 6 2400
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 OF 18Ni(300)MARAGING STEEL Abstract By 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 article Key word：18Nimaraging steel,Mechanicalproperties,Hysteresisproperties,AgingMechanism,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。在当今开发的所有材料中，它是强韧性最高的钢种。 1.成分和组织 18Ni马氏体时效钢的化学成分是在Fe—18Ni合金中添加Co、Mo、Ti、Al等元素一种钢，如表1。 表1: 18Ni马氏体时效钢的化学成分 Table1: Chemical composition of18Nimaraging steel 屈服强度主要是通过Ti元素的添加量来进行调整。在18Ni马氏体时效钢中,C 、Si、Mn等元素被视为杂质元素, P、S含量同样也极低, 故钢的纯度很高。 18Ni马氏体时效钢不仅有优良的机械性能, 而且淬火性能好, 在固溶处理（820℃）空冷后, 其组织为超低碳Ni高主的单相马氏体, 将它再进行时效处理(490-510℃, 空冷)后, 在马氏体区域的金属间化合物沉淀析出、细化、弥散, 使钢得以强化, 材料的强度、塑性及韧性匹配优良。关于时效处理过程组织变化的研究颇多, 有人认为是沉淀物细化(-100A)的说法比较合理, 但至今仍无定论。尽管如此, 但对Ni3Mo、Fe2Mo、Ni3Ti等金属间化合物沉淀强化仍是普遍的说法［1］。 2.组织和机械性能 2.1制造方法： 马氏体时效钢的熔炼方法有真空感应熔炼（VIM）, 真空电弧重熔(VAR), 以及电渣重熔(ESR)一次或两次组合的方法。各种熔炼方法与断裂韧性(KIC)的关系如图1所示。从图中可以清楚地看到, 采用真空双重熔炼可使钢的韧性得到大幅度的改善, 而且还能抑制在熔炼时混入的各种杂质元素和非金属杂质的残存量。因此, 对于象飞机那样要求零部件具有高强度、高韧
热处理工艺对马氏体时效钢组织及性能的影响 闫春波 【摘要】：本文首先采用对比试验的方法研究了加热温度、保温时间、加热速度及原始组织对18Ni 马氏体时效钢组织的影响,探讨了不同热处理规程对18Ni马氏体时效钢逆转变奥氏体再结晶规律的影响,试验结果表明:马氏体加热发生奥氏体逆转变时产生相变冷作硬化再结晶,热处理工艺参数对α′γ逆转变奥氏体再结晶产生影响,提高加热温度可加快18Ni 马氏体时效钢的再结晶过程;在逆转变奥氏体再结晶点以上温度等温时,随着等温时间的延长逐渐完成成核和再结晶晶粒的不断聚集长大的过程,直至全部完成再结晶;提高加热速度可提高再结晶温度点及成核率。另外,钢的原始组织状态对α′γ逆转变奥氏体再结晶也产生影响,与以粗大板条马氏体的原始组织相比以“线状”马氏体作为原始组织在一定温度下进行固溶处理,再结晶成核率提高,可获得更加细小的再结晶组织,“线状”马氏体实质上是变了形的板条状马氏体,其内部亚结构细化、位错等微观缺陷密度大大提高,有利于晶粒细化。其次,探讨了α′γ反复循环处理工艺对18Ni 钢组织和性能的影响,结果表明,循环次数对α′γ逆转变奥氏体再结晶晶粒度影响较大,以线状马氏体作为原始组织,进行α′γ反复循环处理,以940℃,2min 五次循环效果最佳,可获得10μm 左右的超细晶粒;18Ni 马氏体时效钢在不经反复循环处理时,其时效后的抗拉强度和延伸率基本上没有变化,经过α′γ反复循环热处理后,晶粒明显细化,时效后的抗拉强度提高了100MPa 以上,延伸率稍有提高。 【关键词】：马氏体时效钢相变冷作硬化再结晶线状马氏体细化晶粒 【学位授予单位】：哈尔滨理工大学 【学位级别】：硕士 【学位授予年份】：2005 【分类号】：TG161 【DOI】：CNKI:CDMD:2.2005.151028 【目录】： ?摘要4-5 ?Abstract5-9 ?第1章绪论9-20 ? 1.1 课题背景9-10 ? 1.2 相关领域的研究进展及成果10-19 ? 1.2.1 超纯净化马氏体时效钢的研究10-11 ? 1.2.2 喷射沉积马氏体时效钢复合材料的研究11 ? 1.2.3 超高强度18Ni无钴马氏体时效钢的力学性能11-12 ? 1.2.4 马氏体时效钢的强韧化机理及热处理工艺特征12-14 ? 1.2.5 合金元素对马氏体时效钢强韧性的影响14-17 ? 1.2.6 马氏体时效钢细化晶粒机制17-19 ? 1.3 本文主要研究内容19-20 ?第2章淬火工艺对逆转变奥氏体再结晶的影响20-29 ? 2.1 引言20 ? 2.2 材料及试验方法20-22 ? 2.2.1 试验材料20-21 ? 2.2.2 试验方法21-22 ? 2.3 试验结果22-26 ? 2.3.1 加热温度对逆转变奥氏体再结晶的影响22-24 ? 2.3.2 保温时间对逆转变奥氏体再结晶的影响24-26 ? 2.3.3 加热速度对逆转变奥氏体再结晶的影响26
试验研究 渗氮条件对马氏体时效钢疲劳强度的影响 华东交通大学机电学院 (南昌 330014) 黄 勇 编译 0 前言 马氏体时效钢是实用钢中强度最高而且韧性也很高的材料。但是,它存在着与高的静强度相比,疲劳强度低这一高强度钢所特有的问题。为此,进行了旨在改善疲劳特性的多项研究。森野数博等人弄清了若从组织学观点出发,通过改变时效条件,使之生成适当的逆相变奥氏体,就能改善疲劳强度。此外,表面改性也是有效的方法。为此,探讨了喷丸硬化和渗氮的影响,报道了利用这些方法得以大幅度提高疲劳强度的结果。但是,这样一些疲劳强度的改善,其效果和机理均有所不同。例如,逆相变奥氏体的影响在低应力条件下明显,此外渗氮的效果也随应力水平之不同而异。在高应力条件下,由硬化导致的脆性是疲劳强度低下的主要原因。因此,实际讨论这种改善疲劳强度的策略时,必须先弄清各不同方法的最适宜条件,由此,也就必须弄清渗氮的利弊。以此观点探讨了渗氮马氏体时效钢的疲劳特性,但对于被列为讨论对象的寿命区域,在107以下的疲劳特性及破坏机理尚不一定十分清楚。 因此,在本研究中,森野数博等人根据迄今的研究结果,通过改变渗氮条件,使渗氮层组织和深度发生变化,探讨其对疲劳强度的影响,以弄清通过渗氮来改善疲劳强度时所存在的问题。 1 材料、试样及实验方法 实验所用材料为市面出售的300级马氏体时效钢,在固熔化处理的状态下被采用。其化学成分示于表1。将材料机械加工成图1所示的形状后,渗氮材料在渗氮处理前,时效材料在时效处理后,将表面电解抛光约20 m 。时效条件要进行预备实验,选择了不完全时效状态的480 、2h 和6h,以及生成与此相同硬度之逆相变奥氏体的过时效条件的570 、2h 。选择480 是因为它是通常采用的时效温度,同时也接近渗氮温度,并考虑到了2h 和6h 乃是疲劳强度最高的范围。此外,由于渗氮与时效同 时进行,为使内部硬度达到相同,选择了与时效条件 相对应的加热温度和时间,以图2所示的三种条件进行实验。 表1 化学成分(质量分数)%C Si Mn P S Ni Mo Co Al Ti 0.0050.03 0.040.0020.00218.69 4.89 8.92 0.1 0.91 本研究采用的渗氮方法是可以控制表面化合物层的基本的渗氮法。以下用处理条件的温度、时间和处理法标记各种材料,将480 、570 的时效材料记为48A_2、48A_6和57A_2材料,将480 、570 渗氮材料记为48N_1、48N_5及57N_1材料。图3表示各种渗氮材料的组织照片。无论哪种材料都能确 第25卷第6期2004年12月国外金属热处理 GUOWAI JINS HU REC HULI Vol.25,No.6Dec,2004
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，具有极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最明显的特征。 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 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。 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。
马氏体时效钢的研究现状与应用进展 摘要：马氏体时效钢是钢中强度最高的钢类，其具有高韧性、良好的焊接性、冷热加工性和耐应力腐蚀性。本文详细介绍了马氏体时效钢的力学性能、焊接性能和腐蚀性能等性能，以及热处理、成分配比、加工工艺对这些性能的影响，并介绍了国内外对其研究的近况。最后，介绍了马氏体时效钢的应用概况，并提出其今后的发展方向。 关键词：马氏体时效钢; 机械性能; 发展; 应用，趋势 Research Status and Applications of Maraging Steels Abstract:Maraging steels has the best intensity in the whole steels with well toughness, good welding property, mechanical working properties and stress corrosion resistance. Research and applications of maraging steels were introduced in many respects, especially the mechanical properties such as the mechanical properties, welding properties and corrosion properties. The influences of heat treatment, ratio of constituents and processing technology to the properties were discussed. Finally, the applications and further development direction were put forward. Keywords:maraging steel; mechanical properties; develop; application，tendency 一、概述 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）钢种 C Ni Co Mo Ti Al 18Ni(200 ) ≤0.03 17.5～ 18.5 8.0～9.0 3.0～3.50.15～ 0.25 0.05～ 0.15 18Ni(250 ) ≤0.03 17.5～ 18.5 8.5～9.5 4.6～5.20.30～ 0.50 0.05～ 0.15 18Ni(300 ) ≤0.03 17.5～ 18.5 8.0～9.0 4.6～5.20.55～ 0.80 0.05～ 0.15 18Ni(350 ) ≤0.01 17.5～ 18.5 12.0～ 13.0 4.0～4.5 1.4～1.8 0.05～ 0.15
马氏体时效钢 前言：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。这使其具有一些独特的性能：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。 超高强度钢简介 超高强度钢是在普通结构钢基础上发展起来的一种超高强度高韧性合金结构钢。在现代工业中占有重要地位。超高强度钢的主要特点是具有很高的强度硬度和足够的韧性。用于制造承受高应力的重要部件。一般认为屈服强度σ0.2>=1350MPa的钢为超高强度钢。 按照合金化程度及显微组织，超高强度钢可分为低合金、中合金和高合金超高强度钢三类。在高合金超高强度钢中又有马氏体时效钢和沉淀硬化不锈钢等。 低合金超高强度钢 是由调质结构钢发展起来的，含碳量一般在0.3～0.5％，合金元素总含量小于5％,其作用是保证钢的淬透性，提高马氏体的抗回火稳定性和抑制奥氏体晶粒长大，细化钢的显微组织。常用元素有镍、铬、硅、锰、钼、钒等。通常在淬火和低温回火状态下使用，显微组织为回火板条马氏体，具有较高的强度和韧性。如采用等温淬火工艺，可获得下贝氏体组织或下贝氏体与马氏体的混合组织，也可改善韧性。
这类钢合金元素含量低，成本低,生产工艺简单,广泛用于制造飞机大梁、起落架构件、发动机轴、高强度螺栓、固体火箭发动机壳体和化工高压容器等。 中合金超高强度钢 热作模具钢的改型钢，典型钢种有4Cr5MoSiV钢。这类钢的含碳量约0.4％，合金元素总含量约8％,具有较高的淬透性，一般零件经高温奥氏体化后，空冷即可获得马氏体组织，500～550℃回火时，由于碳化物沉淀产生二次硬化效应，而达到较高的强度。这类钢的特点是回火稳定性高,在500℃左右条件下使用，仍有较高的强度，一般用于制造飞机发动机零件。 高合金超高强度钢 高合金超高强度钢合金元素总含量大于10%，其中18Ni马氏体时效钢合金元素总含量超过30%。 马氏体时效钢简介 马氏体时效钢是高合金超高强度钢的一个典型钢种，是以无碳(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。这使其具有一些独特的性能：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。 而马氏体时效不锈钢是在马氏体时效钢基础发展起来的超高强
马氏体时效钢是一种以超低碳马氏体为基体，通过时效产生金属间化合物沉淀硬化的超高强度钢。与传统的高强度钢不同，它不是用碳而是靠金属间化合物的弥散析出来强化，这使其具有一个突出的优点：热处理工艺简单方便，这是由于马氏体转变不受冷却速度的影响，不会出现像淬火回火钢中常出现的淬透性问题，热处理变形小，加工性能及焊接性能都很好。 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，这使它不仅可以取代传统的高强度钢，而且在一些重要领域内获得别的材料难以替代的应用。如可用于制备火箭与导弹的薄壳，在保持满足应用要求的强度前提下提高有效载荷；它具有非常稳定的组织性能，即使在温度过高而发生过时效后，软化过程也非常缓慢。这些合金在相当高的工作温度下仍保持良好的性能，最高工作温度超过400℃。这可以保证火箭或弹头外薄壳在飞行的过程中保持良好的强度。 马氏体时效钢的强化工艺是固溶强化、相变强化、时效强化等因素综合作用的结果。固溶强化使马氏体时效钢的强度提高 100~250MPa，贡献较小。但通过固溶处理可以消除锻轧的残余应力和成分偏析，同时溶解沉淀相，为随后的时效强化打下基础。相变强化，即组织发生奥氏体向马氏体的转变时所发生的硬化，可使强度提高500~600MPa，相变得到的马氏体组织中具有极高密度的位错亚结构，是提高强度的主要原因，同时也为随后的沉淀强化创造了有利条件。时效强化是提高马氏体时效钢强度最主要的手段，可使其强度提高约
1100MPa。在热处理过程中通过Co，Mo，Ti等合金元素从过饱和固溶体(马氏体)中析出金属间化合物作为第二相质点来实现强韧化。在时效过程中，在晶界、相界及位错线等缺陷处析出细小弥散的金属间化合物。 特别应该指出的是，细晶强化是一种对马氏体时效钢既能提高强度又能改善韧性的强化方法。在晶粒细化的方式上，主要有循环相变细化工艺和形变热处理工艺。 循环相变热处理工艺是将奥氏体转变产物反复加热、重结晶、奥氏体化、循环相变，使奥氏体晶粒充分细化，进而转变得到细小的板条马氏体组织，从而提高强度、塑性和韧性。例如，对3J33马氏体时效钢进行4次循环热处理后，晶粒尺寸由220μm减小到15μm左右，形成细小的马氏体组织。实验证明，在相同的时效规程下，将高温固溶+时效处理的合金与经过高温固溶+变温循环相变+时效处理的合金进行性能比较，后者的力学特性明显优于前者。 马氏体形变处理可在固溶和时效处理之间进行，也可在固溶处理之前进行，前者增加了位错密度，后者能细化奥氏体晶粒。据报道，对18Ni7Co5Mo0.1Ti进行90％冷轧变形再时效处理可使屈服强度提高约547MPa，同时保持材料的韧塑性。