马氏体时效钢的介绍
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发布时间：2022-04-26 06:30
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时间：2022-06-24 17:32
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。
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时间：2022-06-24 17:32
在18Ni钢中，碳对钢的强度影响很大，减少钢的含碳量，也会使马氏体强度显著提高。但在把碳的含量分数增至0.03%后，又会降低钢的屈服强度。所以马氐体时效钢碳的质量分数不宜超过0.03%.
18Ni钢中的S是有害的。S以硫化物存在于钢内，并沿热轧方向分布，导致钢的各向异性，因此要求尽量降低18Ni钢中的含硫量。18Ni钢中加入大量的Ni，主要作用是保证固溶体淬火后能获得单一的马氏体，其次Ni对Mo作用形成时效强化相Ni3Mo，当Ni的质量分数超过10%时，还能提高马氏体时效钢的断裂韧度。
18Ni钢固溶以后形成超低碳马氏体，硬度为28~30HRC，时效处理以后，由于各种类型的金属间化台无的脱溶析出得到时效硬化，硬度可以上升到50HRC，这类钢在高强度、高韧性的条件下，仍具有良好的韧性、韧性和高的断裂韧度。同时，这类钢无冷作硬化，时效热处理变形小，焊接性能良好，表面还可以渗氮处理等。
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时间：2022-06-24 17:33
18Ni(200)、18Ni(250)、18Ni(300)和18Ni(350)是得到广泛实际应用的钢种。
近年来一些国家研制出许多马氏体时效钢的变异钢种，特别是开发出了不少具有良好性能的无钴马氏体时效钢
既具有高的延性、韧性又能产生超高强度的钢种是马氏体时效钢，研发这种钢的材料学思路是高纯净、高镍、超低碳的钢。这样，即使在较小的冷却速度下也能淬火获得马氏体组织和具有优良的冲击抗力及断裂韧性。三种主要马氏体的时效钢是：
Nil8马氏体时效钢
这种钢有三种型号，其屈服强度分别为1350MPa、1650MPa和1950MPa，这类钢的杂质含量很低，需要经一次或二次真空冶炼。并含有0.003%B、0.002%Zr和0.005%Ca以清除杂质并帮助改善热塑变加工性能。
热处理工艺包括850℃～870℃固溶处理，空冷或水淬，再在480℃时效3h。除了Co之外，加入的合金元素都降低Ms点，但可保持Mf点高于室温，这样固溶化后淬冷下来都能完全转化为马氏体。时效析出硬化相主要是小片状，但也有一些。严重过时效也能生成，Co的作用是加强引起析出硬化，而Mo则是时效硬化的主要元素。
调整时效温度、时间，可获得不同的强度。时效温度过高(>600℃)，因钢的点低，会引起奥氏体形成，这种奥氏体由于高度合金化，使Ms点降低到室温以下，而稳定的保留下来。如果需要高强度，可以在时效前对原低碳马氏体进行50%形变量的冷塑性变形加工。
在高抗拉强度下，这种钢仍具有优良的冲击韧性，而且具有强化缺口的作用，其缺口强度与抗拉强度之比在1．35～1．65之间。时效前进行50%的冷变形加工，可将上述名义强度提高到1700 MPa、2000 MPa和2100MPa。
Ni20马氏体时效钢
钢的杂质含量与Nil8钢相似，但Ni含量较高，时效硬化元素不用Mo和Co，而是用1．5%Ti、0．25%A1和0．5%Nb来产生。这种钢的Ms点比Nil8钢低，但固溶处理淬冷到室温后仍可充分发生马氏体转变。如果相变不完全，可在一78℃下冷却处理或通过冷塑性变形(冷塑性变形可提高Ms点)来完成，这种钢正常的时效硬化相是和。
Ni25马氏体时效钢
这种钢含25%Ni和1．5%Ti、0．25%A1或0．5%Nb(亦可Al、Nb并用)，Ms点低于或接近室温。固溶处理后钢的组织基本是奥氏体，所以应在时效前将其转化为马氏体，为此可以采用两种方法：
(1)奥氏体时效：加热到700℃保持4h使其从奥氏体中析出或。于是奥氏体合金含量降低，Ms点上升，随后冷却时奥氏体大部分转化为马氏体。如在时效硬化处理(480℃，3h)之前进行一78℃冷处理，即可保证马氏体完全转变。700℃的奥氏体时效，由于形成，使奥氏体硬化。但相在相变时会失去共格性，而且在随后马氏体时效硬化时，可以利用的Ti，Al都减小了，所以强度要低些。马氏体时效处理时的析出相是η-。
(2)冷塑变形加工加冷处理：奥氏体冷塑变形加工，变形量应大于25%，才能提高Ms—的温度区段，使该钢在一78℃(干冰)或一196℃(液氮)冷处理时完成马氏体转变，这种加工处理充分发挥合金元素的析出硬化作用，可获得强度高于奥氏体的时效处理。
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时间：2022-06-24 17:33
18Ni钢的代表钢号有00Ni18Co8Mo3TiAl[18Ni(200)]022Ni18Co8Mo3TiAl、00Ni18Co8Mo5TiAl[18Ni(250)]022Ni18Co8Mo5TiAl、00Ni18Co9Mo5TiAl[18Ni(300)]022Ni18Co9Mo5TiAl和00Ni18Co13Mo4TiAl[18Ni(350)]022Ni18Co13Mo4TiAl钢。
18Ni钢是典型的马氏体时效钢，钢中碳含量较低，对时效硬化起作用的合金元素是Ti、Al、Co、Mo，杂质对马氏体时效硬化钢的性能影响很大，对屈服强度较高的钢影响效果更明显。这就要求该类钢要经过真空冶炼，减少杂质、偏析和钢锭中的含气量，以保证钢具有较好的韧性和抗疲劳性能。
在18Ni钢中，碳对钢的强度影响很大，即使碳含量极少，也会使马氏体强度显著提高。但在把碳的质量分数增至0.03%以后，又会降低钢的屈服强度，所以18Ni马氏体时效钢中碳的质量分数不宜超过0.03%。
18Ni钢中的S是有害的。S以硫化物存在于钢内，并沿热轧方向分布，导致钢的各向异性，因此要求尽量降低钢的硫含量。
18Ni钢中加入大量的Ni，主要作用是保证固溶体淬火后能获得单一的马氏体，其次Ni对Mo的作用是形成时效强化相Ni3Mo。当Ni的质量分数超过10%时，还能提高马氏体时效钢的断裂韧度。
18Ni钢固溶以后形成超低碳马氏体，硬度为28~30HRC；时效处理后，由于各种类型的金属间化合物的脱溶析出得到时效硬化，硬度可以上升到50HRC。这类钢在高强度、高韧性的条件下，仍具有良好的韧性和高的断裂韧度。同时，这类钢无冷作硬化，时效热处理变形小，焊接性良好，表面还可以渗氮处理等。
18Ni类低碳马氏体时效钢主要用于制造高精度、超镜面、型腔复杂、大截面、大批量生产的机械零件和塑料模具，但由于价格昂贵，使用受到*。
18Ni马氏体时效钢的化学成分：
18Ni钢化学成分见表1。
表1 18Ni钢的化学成分(质量分数，%)
钢号 C≤ Ni Co Mo Si≤ Mn≤ Ti Al P≤ S≤
18Ni(200) 0.03 18.00 8.50 3.30 0.12 0.12 0.20 0.10 0.01 0.01
18Ni(250) 0.03 17.50~18.50 7.00~8.00 4.25~5.25 0.12 0.10 0.30~0.50 0.05~0.15 0.01 0.01
18Ni(300) 0.03 18.00~19.00 8.50~9.50 4.60~5.20 0.12 0.10 0.50~0.80 0.05~0.15 0.01 0.01
18Ni(350) 0.03 17.00~19.00 11.00~12.75 4.00~5.00 0.10 0.10 1.20~1.45 0.05~0.15 0.01 0.01
18Ni马氏体时效钢的临界点：
18Ni钢的临界点温度见表2，其他钢号可参考。
表2 18Ni钢临界点温度
临界点/℃ Ac1 Ac3 Ms Mf
温度(近似值)/℃ 540~610 740~750 154~210 90~100
18Ni马氏体时效钢的热处理：
固溶温度为815~830℃，油冷或空冷(加热时间，盐浴炉1min/mm、空气炉2~2.5min/mm)，硬度为28HRC。
18Ni马氏体时效钢的时效温度：
18Ni(250)、18Ni(300)钢的时效温度为480℃，保温时间3h，硬度为43HRC；保温6h，硬度为52HRC。
18Ni(350)钢的时效温度为510℃，时效时间6h，硬度为57~60HRC。
18Ni马氏体时效钢的渗氮处理：
18Ni(300)钢气体渗氮工艺：
渗氮温度为(455±10)℃，保温时间为24~28h。
18Ni马氏体时效钢的力学性能：
18Ni类钢的力学性能见表3。
表3 18Ni类钢的力学性能
钢号 固溶温度/℃ 时效温度/℃ 时效后硬度HRC σb/MPa σs/MPa δ(%) ψ(%)
18Ni(250) 815~830 480±5 50~52 1850 1800 10~12 48~58
18Ni(300) 815~830 480±5 53~54 2060 2010 12 60
18Ni(350) 815~830 510±5 57~60 2490 - - -
马氏体时效钢包含高强度钢的一个专门类别，它们与传统钢的区别在于它们通过冶金反应来硬化，而与C没有关系。这些钢在大约480℃的温度下由金属间化合物沉淀而强化。术语`maraging`是从`马氏体时效硬化`而来，其所指的是低碳马氏体的时效硬化。
工业上，马氏体时效钢设计用来提供屈服强度从1030-2420兆帕的特定水平。一些实验性马氏体时效钢具有高达3450兆帕的屈服强度。这些钢具有很高的镍、钴和钼的含量，并具有极低的含碳量。事实上，碳在这些钢中是杂质，并尽量保持工业尽可能低的水平。马氏体时效钢的其它变型已经研制出来，作为特殊使用。马氏体时效钢在美国和国外的不少钢铁公司中已进行大量生产。
VascoMax® C-300 Specialty Steel 是美国Allvac公司生产的特种高镍合金钢，这类钢国内常称马氏体时效钢。maraging steel意思是时效处理后金相组织为马氏体。C300与国标：00Ni18Co9Mo5TiAl相近，价格较贵。
Applications: Missile components, jet engine shafts. Spring wire for valve springs in high-performance internal combustion engines。
Physical Properties
Density 8.00 g/cc
Mechanical Properties
Hardness, Brinell 485
Hardness, Knoop 535
Hardness, Rockwell C 50
Hardness, Vickers 511
Tensile Strength, Ultimate 1966 MPa
Tensile Strength, Yield 1897 MPa 0.2% Offset
Elongation at Break 10.0 %
Rection of Area 47.0 %
Component Elements Properties
Aluminum, Al 0.10
Carbon, C 0.020 %
Cobalt, Co 8.80 %
Iron, Fe 67.0 %
Manganese, Mn 0.050 %
Molybdenum, Mo 4.80 %
Nickel, Ni 18.5 %
Phosphorous, P 0.0050%
Silicon, Si 0.050 %
Sulfur, S 0.0050 %
Titanium, Ti 0.730 %
模具热处理后变形是模具热处理的三大难题之一(变形、开裂、淬硬)。预硬型塑料模具钢解决了模具热处理变形问题，但模具要求硬度高又给模具加工造成困难。熔化既保持模具的加工精度，又使模具具有较高硬度，对于复杂、精密、长寿命的塑料模具，是模具材料面临的一个重要难题。为此发展了一系列的时效硬化型塑料模具钢。模具零件在淬火（固溶）后变软（硬度约为28~34HRC），便于切削加工成形，然后再进行时效硬化，获得所需的综合力学性能。
时效硬化型塑料模具钢有马氏体时效硬化钢和析出（沉淀）硬化钢两大类。马氏体时效钢有高的屈强比、良好的切削加工性和焊接性能，热处理工艺简单等优点。典型的高合金马氏体时效硬化钢有18Ni（200）（00Ni18Co8Mo3TiAl）钢、18Ni（250）（00Ni18Co8Mo5TiAl）钢、18Ni（300）（00Ni18Co9Mo5TiAl）钢、18Ni（350）（00Ni18Co13Mo4TiAl）钢等，固溶以后形成超低碳马氏体，硬度约为30~32HRC；时效处理以后，由于各种类型的金属间化合物的脱、析出，得到时效硬化，硬度可上升到50HRC以上。这类钢在高强度、高韧性的条件下仍具有良好的塑性、韧性和高的断裂韧度。
为了降低材料费用，近年来开发了一类低钴、无钴、低镍的马氏体时效钢，其代表钢种如06Ni（06Ni6CrMoVTiAl）钢、AFC-77（1Cr14Co13Mo5V）钢；另一类为低合金时效硬化钢，代表钢号如我国自行开发的25CrNi3MoAl钢，PMS（1Ni3MnMoCuAl）钢、PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)钢、SM2（20CrNi3AlMnMo）钢等，另外还有美国的P2(20CrNi4AlV)钢，日本大同特殊钢公司的NAK80、NAK55（15Ni3MnMoAlCuS）钢等，这类钢经固溶处理后，硬度为30HRC左右，时效处理后，由于金属间化合Ni3Al析出而强化，硬度可以上升到38~42HRC。如再进行渗氮处理，可以使模具表面硬度达到110HV左右。
