无钴马氏体时效钢的发展.pdf

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1、2014年第35卷S2无钴马氏体时效钢的发展吴怡（郑州大学，郑州450000）摘要：文中论述了无钴马氏体时效钢的成分、性能、主要合金元素的作用，并以T-250为例说明了无钴马氏体时效钢的时效组织，以及无钴钢的应用前景。关键词：无钴钢；合金元素；时效过程马氏体时效钢以其高强高韧性和良好的加工性能应用在军事和商业等诸多领域中，但其合金元素中Co的资源短缺，成本过高，因此,为了降低成本，扩大马氏体时效钢的应用范围，发展无钴马氏体时效钢成为了一个重要目标。1无钴马氏体时效钢的成分及性能1980年国际镍公司与钨钒高速工具钢公司首先研究出T-250无钴马氏体时效钢。在T-250基础上，又推出了T-200

2、和T-300无钴马氏体时效钢。此外，研究者还研究出了无钴含铬马氏体时效钢，无钴、钼、而含钨的马氏体时效钢等。这些钢不仅使生产成本降低了20%~30%，而且性能也接近相应强度水平的含钴马氏体时效钢。为便于比较,表1给出了无钻钢和含钻钢成分,表2给出了它们的典型力学性能。表1含钴钢与无钴钢的化学成分/%NiMoTiCoAl其他CC-25018.05.00.47.50.1_0.003maxC-30018.55.00.69.00.1_0.003maxT-25018.53.01.4_0.1_0.003maxT-30018.54.01.85_0.1_0.003maxW-25019.0_1.2_0.14.

3、5W0.006日本14Ni-3Cr-3Mo-1.5Ti14.343.241.52__2.88Cr0.006表2含钴钢与无钴钢的典型性能指标σb/MPaσs/MPaδ/%φ/%硬度,HRCKIC/,MPamC-2501757172010.046.750.8123C-3001960189011.055.0_78.0T-2501817177510.556.150.8106T-3002100202510.054.053.676W-250180017809.0___日本1820175013.565.051.013014Ni-3Cr-3Mo-1.5Ti2无钴马氏体时效钢的时效组织以T-250为例说明无钴

4、马氏体时效钢的时效组织。其强化相是六方结构的η-Ni3Ti，Ni3Ti相呈棒状或针状,轴向平行于马氏体基体的<11l>--方向,Ni3Ti相与基体的取向关系为:(011)M//(0001)h,111//1120。Mh3无钴马氏体时效钢得以发展的基础在含钴马氏体时效钢中,钴虽固溶于基体但并不形成金属间化合物,而与钼产生协同效应,促进含钼金属间化合物的析出,达到强化效果。另外,钴还可以影响位错亚结构,为析出相提供均匀的形核位置,促进析出相粒子细小均匀分布。至今没有试验表明钴有阻止韧性下降的作用。因此,马氏体时效钢中即使不含钴,也不一定会导致塑韧性恶化。4无钴马氏体时效钢的

5、主要合金元素的作用镍是奥氏体形成元素,它的存在扩大了奥氏体区，同时，降低Ms点。这样可以使钢在加热时获得单相奥氏体,也有利于获得完全的板条状马氏体，提高钢的韧性。镍是马氏体时效钢中主要的析出相形成元素,马氏体时效钢中镍元素要与强化元素形成强化相析出,使基体中的Ni含量降低,所以钢中镍含量不能太低,如果低于10%就会引起韧性下降。镍含量过多,提高了过冷奥氏体的稳定性,固溶后冷却时会保留较多的残留奥氏体,使时效后的强度降低。因此,要保证钢良好的强韧性,镍、钼、钛三元素含量要控制在一定范围内。在时效过程中，Ti析出最快，最安全，在任何情况下含Ti析出相Ni3Ti，Ti6Si7Ni6在时效最早期形成

6、，形成后在基体中残余Ti含量很少，几乎不可测得。另外，Ni3Ti的析出使基体含Ni量减少，富Ni的逆转变奥氏体更难以形核。Tharian等认为,每添加0.1%(质量分数,下同)的钛,σ0.2增加54MPa。钛含量也不能过高,因为Ti容易与有害元素形成各种形态的夹杂物,例如与C形成(Ti,Mo)C颗粒,和S、O、N等形成Ti2S、Ti(C,N)、TiO2等夹杂物,这些夹杂物会在材料内部形成微孔及裂纹源而严重危害钢的韧性。钼在这一系列合金中是主要强化元素。研制无钴马氏体时效合金时,为了补偿无钴对强韧化的损失,增大了合金系的钼含量,提高了固溶温度,得到含钼量过饱和度大的马氏体,析出高度弥散的强化相

7、,同时利用高温逆转奥氏体再结晶粒,改善基体的性能。Asayama提出,对于无钴马氏体时效钢,为保证基体既有足够韧性,又有足够强度,镍、钼、钛三元素含量应满足下列关系式:3´Mo%3´Ti%Ni%³+´58.6995.95479.28´Mo%+80´Ti%³1505312014年第35卷S25无钴钢的发展马氏体时效钢作为一种新型的超高强度结构材料,性能与含钴钢相当，且价格相对较低，所以得到了广泛的应