超高强度钢--2012资料

用作飞机起落架、飞机机身大梁、火箭发动机 外壳、火箭壳体。
2. 成分与合金化
C：0.27%—0.45% M：Cr, Mn, Ni, Si, Mo, V等
40CrNiMo, 30CrMnSiNi, 35Si2Mn2MoV
M的主要作用： 1）保证钢的淬透性（Cr, Mn, Ni）； 2）增加钢的抗回火稳定性（V, Mo）； 3）推迟低温回火脆性（Si）； 4）细化晶粒（V,Mo）。
6. 应用
➢ 一般只限于航空、航天与武器制造工业的重要构件。
➢ 只用来生产比强度高，可靠性强，尺寸精确，而使用 低合金超高强度钢时难以满足要求的重要构件。
马氏体时效钢总结
➢ 化学成分？合金化 ？ 低碳与超低碳+Ni+其它沉淀强化元素如Ti, Al, Mo, Nb ➢ 热处理工艺 ？ 高温奥氏体化+淬火（空冷）+中温时效 ➢ 强化机制 ？ 时效强化为主，固溶强化与冷作相变强化为辅 ➢ 主要性能 ？？ 超高强度同时，具有良好塑韧性及缺口强度；焊接性能较好 ➢ 应用？？ 要求超高强度、良好塑韧性的重要零件（安全性好）。
➢ 类型（根据Ni量不同） Ni 18%, + Ti, Al, Co, Mo等 应用最广，有三个级别：1400, 1700, 2100 MPa。 Ni 20%, +Ti, Al, Nb等 合金量较低，成本低，强度较低。 Ni 25%, + Ti, Al, Nb等 时效前硬度较低，可深冲冷拔。
➢ 高纯度钢：杂质少，C, N, P, S, Si都要控制；
❖ Co
1）协助Ni扩大γ区； 2）但提高Ms点, 可减少Ar； 3）可间接提高强化效果。
❖ Ti, Al, Mo, Nb 时效强化元素，能形成时效强化相，如 Ni3Al, Ni3Ti，Ni3Mo，（Fe，Ni,Co）2Mo 等。
❖ Mo 时效强化元素； 防止回火脆性，提高韧塑性。
❖ C<0.03%; Mn，Si降低到最少；
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低合金超高强度钢：以 C强化 （固溶强化）为主
转变为
马氏体时效钢：（超）低C下金属间化合物沉淀强化 （或时效强化）为主。
马氏体时效钢
➢ 化学成分？合金化 ？ ➢ 热处理工艺 ？？ ➢ 强化机制 ？？ ➢ 主要性能 ？？ ➢ 应用？？
1. 化学成分及其控制
➢ 其基本成分：C<0.03%, Ni18~25%, + 时效硬化元素 Ti, Al, Co, Mo，Nb等 。
冷作相变强化： 400-600 MPa
时效强化： 1100 MPa
总强度 >1400MPa
各种强化机制对马氏体时效钢强度的贡献示意图
5. 性能
➢ 高强度，同时具有良好的塑韧性和缺口强度； ➢ 热处理工艺简单：1）不存在脱C；2）固溶处理后进行各种
成型加工，再500℃时效；3）变形小； ➢ 淬火后硬度低，冷变形性能和切削性能好； ➢ 焊接性较好。
偏析小、含气量低，一般用真空炉熔炼。
表 马氏体时效钢的化学成分（%）
C Ni Co Mo Al Ti Nb Mn Si P S
18%Ni
18 8.5 3.5 0.15 0.15 ~~ ~ ~ ~ 19 9.5 5.5 0.30 0.80
20%Ni
< 0.003
19 ~ 20
0.15 1.30 ~~
冷处理
18%Ni
20%Ni
25%Ni
马氏体时效钢的热处理的典型工艺
表 18%Ni马氏体时效钢的性能
表3-1 18%Ni马氏体时效钢的性能 （棒材 815度保温1h,空冷＋４８０度保温３小时空冷）
4. 强化机制
过程 高温奥氏体----淬火马氏体----时效马氏体 三种强化机制
固溶强化： 100-300 MPa
❖ S<0.01%；其它杂质元素如N，P等也要严格控制。
3. 热处理
原理：利用金属间化合物在含C极低的马氏体中弥散析出来 强化的（沉淀强化或时效强化）。
（高温）奥氏体-----淬火马氏体-----时效马氏体
热处理工艺包括两个基本工序： 1）高温奥氏体化后淬火成马氏体； 合金元素溶解在M中，为随后时效工序作好组织上准备； 2）进行时效，产生强烈沉淀强化效应，显著提高强度。
超高强度结构钢
一. 概述
低合金超高强度钢 调质钢成分 + 合金化 + 淬火与低温回火 组织：回火M或下B
中合金超高强度钢 热锻模具钢成分 + 合金化 + 高温回火 组织：回火S（T）或回火M
高合金超高强度钢 马氏体时效钢、超高强度不锈钢等。
二. 低合金超高强度结构钢
1. 概念
凡含合金元素总量不超过5%，用回火M或下B作 为其使用组织，经过热处理后 抗拉强度大于 1400 MPa （或屈服强度大于1250MPa）的中碳 低合金钢，均可称为低合金超高强度钢。
0.30 1.60
0.3 ~ 0.5
<< < < 0.1 0.01 0.01 0.01
25
25%Ni
~
26
0.15 1.30 0.3 ~~~
0.30 1.60 0.5
2. 主要合金元素作用
❖ Ni
1）时效强化相的主要形成元素； 2）扩大γ相区，并能发生M转变；
（加入 沉淀强化元素多为α形成元素） 3）使钢保持良好的韧塑性； 4）提高钢的淬透性（空淬）。
高合金度，冶炼质量要求高，钢的成本高； Ni、Co资源紧缺，推广使用受到限制； 其性能受生产过程和化学波动的影响很大（相比其它钢
种）。
40CrNiMo低合金超强钢与18%Ni马氏体时效钢的冲击韧性比较
高塑韧性和抵抗脆断能力的主要原因分析：
（1）淬火后存在大量可动位错，没有受到C、N间隙原子钉轧； （2）时效后淬火应力被松驰； （3）韧化元素Ni、防回火脆性元素Mo等。 （4）Ni与Co有利于降低位错与杂质原子之间的相互作用能。
3. 热处理
淬火 + 低温回火-----回火M
如，40MnNiMo， 900℃淬火，200℃回火， 屈强>1628MPa， 抗强>1884MPa
等温淬火 ------ 下B
4. 性能特点
➢ 强度高；成本低廉；生产工艺较简单； ➢ 韧塑性较差； ➢ 较大的脱C倾向； ➢ 焊接性不太好。
三. 马氏体时效钢