新型超高强度_高韧性马氏体沉淀硬化不锈钢的组织和力学性能初探
航空发动机的新材料
航空制造是制造业中高新技术最集中的领域，属于先进制造技术。
美国惠普公司研制的F119发动机，通用电气公司的F120发动机，法国的SNECMA公司的M88-2发动机，英国、德国、意大利和西班牙四国联合研制的EJ200发动机。
这些代表世界先进水平的高性能航空发动机，它们的共同特点是普遍采用了新材料、新工艺和新技术。
今天就来看看那些高性能航空发动机上的新材料。
高温合金高温合金是为了满足喷气发动机对材料的苛刻要求而研制的，至今已成为军用和民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的一类关键材料。
目前，在先进的航空发动机中，高温合金用量所占比例已高达50%以上。
高温合金的发展与航空发动机的技术进步密切相关，尤其是发动机热端部件涡轮盘、涡轮叶片材料和制造工艺是发动机发展的重要标志。
由于对材料的耐高温性能和应力承受能力提出很高要求，早期英国研制了Ni3（Al、Ti）强化的Nimonic80合金，用作涡轮喷气发动机涡轮叶片材料，同时，又相继发展了 Nimonic系列合金。
美国开发了含铝、钛的弥散强化型镍基合金，如普惠公司、GE公司和特殊金属公司分别开发出的Inconel、Mar-M和 Udmit等合金系列。
在高温合金发展过程中，制造工艺对合金的发展起着极大的推进作用。
由于真空熔炼技术的出现，合金中有害杂质和气体的去除，特别是合金成分的精确控制，使高温合金性能不断提高。
随后，定向凝固、单晶生长、粉末冶金、机械合金化、陶瓷型芯、陶瓷过滤、等温锻造等新型工艺的研究成功，推动了高温合金的迅猛发展。
其中定向凝固技术最为突出，采用定向凝固工艺制出的定向、单晶合金，其使用温度接近初熔点的90%。
因此，目前各国先进航空发动机叶片都采用定向、单晶合金制造涡轮叶片。
从国际范围来看，镍基铸造高温合金已形成等轴晶、定向凝固柱晶和单晶合金体系。
粉末高温合金也由第一代650℃发展到750℃、850℃粉末涡轮盘和双性能粉末盘，用于先进高性能发动机。
沉淀硬化不锈钢
沉淀硬化不锈钢沉淀硬化不锈钢（也有称析出强化不锈钢）常用于核电宇航等工业，主要特点是一类具有超高强度的不锈钢。
一般按其组织形态可分为三类:沉淀硬化马氏体不锈钢，沉淀硬化半奥氏体不锈钢，沉淀硬化奥氏体不锈钢，也有的把第一类归到马氏体不锈钢，第二类、第三类归到奥氏体不锈钢。
马氏体时效不锈钢是固溶处理后，冷至室温时总是以马氏体组织存在，由固溶态再进行时效处理产生析了相而强化。
也有资料把这类钢分为马氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体时效不锈钢，在固溶态下，前者在马氏体基体中含少量的铁素体（10%左右）和少量残余奥氏体，后者为马氏体基体中只有少量的残余奥氏体，后者的韧性相对较高。
沉淀硬化半奥氏体不锈钢是固溶热处理后，冷至室温时，以奥氏体组织存在，而且含有5%-20铁素体组织，但奥氏体组织不是十分稳定，通过一系列热冷处理或机械变形处理后，奥氏体转变成马氏体，再通过时效而强化。
奥氏体沉淀硬化不锈钢，其组织为稳定奥氏体组织，热处理是不能改变组织，为此，只能通过加入析出强化元素，通过时效处理而强化。
沉淀硬化不锈钢力学性能除对化学成分敏感外，对热处理制度也很敏感，因而在实际生产中这类钢必须严格按照热处理工艺规程操作。
常用的热处理工艺有如下几种。
均匀化处理：一般指铸、锻件，在1150OC左右进行加热，促使合金元素和组织均匀化。
高温固溶处理：通常在10000C以上析出相分解，使钢进行再结晶软化。
调整处理：处理温度为760-10000C，调整钢中合金元素的分布，控制马氏体的相变温度。
时效处理：处理温度为460-6200C。
处理温度与时间对组织和力学性能影响较大，若希望获得较好的韧性，可采用较高的时效温度处理。
冰变冷却处理：在一定时间内却到某一温度并保持一段时间的处理，以确定下一步进行强化或时效处理。
马氏体不锈钢研究现状及发展趋势
马氏体不锈钢研究现状及发展趋势作者：韩慢慢江涛蒲博玮来源：《科技创新导报》2021年第27期摘要：马氏体不锈钢是一种可以通过热处理来调整性能的钢，具有高强度、高硬度、高韧性、耐磨和耐腐蚀等优点，因此被广泛应用在工程领域中。
本文阐述了马氏体不锈钢的合金化与熔炼现状，热处理对马氏体不锈钢的力学性能的影响，马氏体不锈钢的动态力学性能以及本构方程的研究现状，涡轮盘的失效类型等，并对马氏体不锈钢及涡轮盘件未来发展趋势进行了展望。
关键词：马氏体不锈钢热处理力学性能涡轮盘Research Status and Development Trend of Martensitic Stainless SteelHAN ManmanJIANG TaoPU Bowei（School of Materials Science and Engineering，Xi’an Shiyou University，Xi’an ， Shaanxi Province，710065 China）Abstract： Martensitic stainless steel is a kind of steel whose properties can be adjusted by heat treatment. It has the advantages of high strength， high hardness， high toughness， wear resistance and corrosion resistance.Therefore， it is widely used in the field of engineering. This paper describes the current situation of alloying and melting of martensitic stainless steel， the influence of heat treatment on the mechanical properties of martensitic stainless steel， the research status of dynamic mechanical properties and constitutive equation of martensitic stainless steel， and the failure types of turbine disk， and looks forward to the future development trend of martensitic stainless steel and turbine disk.Key Words： Martensitic stainless steel; Heat treatment; Mechanical properties; Turbine disk马氏体不锈钢具有高强度、高硬度、高韧性、耐磨和耐蚀等优点，在航空航天、石油化工、航海、高铁等行业中起到至关重要的作用。
不锈钢的组织和性能
不锈钢的组织和性能不锈钢通俗地说就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。
不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。
这种不锈性和耐蚀性是相对的。
试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。
不锈钢的分类方法很多。
按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。
由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。
2.1各种类型不锈钢的特性1）马氏体型不锈钢通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。
典型牌号为Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。
粹火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。
根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。
根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。
马氏体型不锈钢与普通合金钢一样具有通过淬火实现硬化的特性，因此可通过选择牌号及热处理条件来得到较大范围的不同的力学性能。
马氏体型不锈钢从大的方面来区分，属于铁-铬-碳系不锈钢，进而可分为马氏体铬系不锈钢和马氏体铬镍系不锈钢。
在马氏体铬系不锈钢中添加铬、碳和鉬等元素时强度的变化趋势和在马氏体铬镍系不锈钢中添加镍的强度特性如下描述。
浅析马氏体时效不锈钢的发展及热处理方式对组织性能的影响
３ ２ 时效处理对 组织Ｉ 生｛ ｉ 旨 的影响
过高又会使合金发生熔化现象。
４ 结论
开发高强 、高韧马氏体时效不锈钢是新时期许多领域尤其是高端技 时效处理 术领域的重要趋势 ，本文以 ｏ ０ ｃ ｒ １ ３ Ｎ ｉ ７ ｃ ０ ５ Ｍｏ ４ ＿ ｒ ｉ 马氏体时效不锈钢为 时效处理是马氏体时效不锈钢进行强化的主要方法。时效处理是金 例， 研究固溶处理和时效处理工艺对其组织性能的影响， 得出以下结沦： 属工件经过固溶处理后形成了过饱和固溶体 ， 随着温度降低， 会析出大量 ａ 马氏体时效不锈钢的最佳热处理工艺为 １ ０ ５ ０ ￣ ２ 固溶处理 ｌ ｈ ， ４ ５ ０ ￣ Ｃ 非常细小的沉淀物颗粒即析出相， 通常 晴况下是金属化合物 ， 或者是过饱 ｈ 。 和固溶体当中的溶质原子在许多微小地区聚集。析出相的弥散均匀分布 时效 ９ ｈ 固溶处理时温度的变化对马氏体时效不锈钢的基体组箩 影响比较 改变了金属的微观组织， 改善其内在的质量 ， 使金属的力学性能、 物理及 且板条状马氏体组织的形状与间距不随固溶温度的升高而变化。 化学性能得到改善， 提高强度、 硬度、 韧性等， 从而获得很好的使用性能。 小， ｎ 马氏体不锈钢经过时效处理后， 其微观组织为纤细的板条马氏体和 ３热处理方式 对马 氏体时效不锈钢 的组 织 陛能的影 响 逆转变奥氏体以薄片状分布在马氏体束之间 ， 有效改 为了研究热处理方式对马氏体时效不锈钢的组织陛能的影响 ，现通 少量的残余奥氏体 ， 过实验手段， 以名义成分为 ０ ０ Ｃ ｒ ｌ ３ Ｎ ｉ ７ Ｃ ｏ ５ Ｍ ｏ ４ Ｔ ｉ 的马氏体时效不锈钢为 善了材料 的韧 陛。 参考文献 例， 分析固溶温度 、 时效温度对其组织结构及其性能的影响。 ［ １ 】 杨志勇， 刘振宝， 梁剑雄等． 马氏体时效不锈钢 的发展口 ｌ 材料热处理学报， ３ ． １固溶＿ 友 嗽 性能 的影 响
高强度不锈钢
高合金超高强度钢这类钢主要是从不锈钢发展起来的，合金元素总含量较高，一般在20%以上。
分两种类型：沉淀硬化不锈钢和马氏体时效钢。
2.4.1 沉淀硬化不锈钢这类钢是在18-8型铬镍不锈钢和Cr13型马氏体不锈钢的基础上发展起来的马氏体超高强度钢和奥氏体一马氏体型沉淀硬化超高强度钢。
钢的含碳量较低，而合金元素含量较高，一般为22%～25%。
钢在热处理过程中，通过400～500℃时效处理而产生沉淀强化，获得弥散析出的碳化物及金属间化合物，同时仍保持不锈钢良好的耐蚀性和抗氧化性，具有优良的焊接性能和压力加工性能。
这类材料对冶金质量要求严格，化学成分对性能影响很敏感。
主要用于飞机中薄件结构，承受中温载荷的构件，燃烧箱等，也可用于制造不锈弹簧、高压容器或火箭发动机外壳等。
1. 半奥氏体型沉淀硬化不锈钢这类钢又称奥氏体—马氏体沉淀硬化不锈钢，钢的Ms点较低。
1Cr17Ni7Al(相当于国外的17-7PH钢)是典型的钢种，这类钢在高温固溶处理后冷却到室温时为奥氏体，有较好的塑性，适于加工成型。
经过调整处理和冷处理，或经过冷加工变形，可转变为马氏体组织，获得较高的强度和耐蚀性。
它经510℃左右的时效处理，析出弥散分布的碳化物和Ni3Al 等金属间化合物而提高强度。
由于钢中含铬量大于12%，而抗大气腐蚀性良好。
1Cr12Mn5Ni4Mo3Al钢，是我国研制的一种节镍型的半奥氏体型沉淀硬化不锈钢，和同类的0Cr15Ni17Mo2Al相比，增加了钼代替部分铬，提高了中温强度。
通过增加锰代替部分镍，经济性较好，效果亦较好。
钢的机加工性能较好，冷成型性、焊接性和耐蚀性均较好。
这类钢的缺点是热处理工艺较为复杂，冶炼时钢的化学成分要求较高。
表10-27为沉淀硬化超高强度钢的室温力学性能。
2. 马氏体型沉淀硬化不锈钢这类钢最早是从Cr13型马氏体不锈钢的基础上加入部分强化元素，使之能形成一系列金属间化合物而发展起来的沉淀硬化超高强度不锈钢。
2.沉淀硬化不锈钢和超马氏体不锈钢
第二章沉淀硬化不锈钢和超马氏体不锈钢引言不锈钢是20世纪重要发明之一，经过一百多年的研制和开发已形成一个有300多个牌号的系列化的钢种。
在特殊钢体系中不锈钢性能独特，应用范围广，起其他特殊钢无法代替的作用。
而不锈钢几乎可以涵盖其他任何一种特殊钢。
不锈钢合金含量高，价格比较高，属于钢铁行业的高档产品，但其使用寿命远远高于其他钢种，是维护费用少，使用成本最低的钢种。
不锈钢回收利用率高，对环境污染少，是改善环境、美化生活的绿色环保材料。
不锈钢的生产和使用在一定程度上反映出一个国家或地区经济发展水平和人民生活水平。
不锈钢的发展几乎不受某个特定行业发展的影响，而与国家和地区GDP（国民生产总值）的增长密切相关。
目前我国不锈的生产量已稳居世界第一，人均表观消费量居于世界中等水平。
近十多年来，我国不锈钢取得持续、突飞猛进的发展，当今世界最先进的冶炼设备，轧钢设备全在中国，毫不含糊地说，中国生产不锈钢的冶金装备是世界一流的。
目前我国不锈钢产品与国际先进水平的差别体现在质量、品种和使用三方面。
传统的不锈钢有：奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和双相不锈钢四大类型。
淀硬化不锈钢和超马氏体不锈钢是在传统不锈钢基础上发展起来的，具有特定物理、化学性能的钢，是不锈钢家族中后起之秀。
这两类钢通过合理调控化学成分获得预期的显微组织，通过选择不同的压力加工和热处理工艺，获得传统不锈钢无法得到的综合力学性能和物理性能，最后通过时效处理，在钢中析出沉淀硬化相和逆转奥氏体，进一步提高钢的强度和韧性。
时效处理或沉淀硬化是这类钢的特色和亮点。
本章节用“显微组织结构”作梳子，对两类最有发展前途的不锈钢——沉淀硬化不锈钢和超马氏体不锈钢进行了梳理和分析，推导出一套预测不锈钢临界点和特征值的经验公式。
按照化学成分→生产工艺→显微组织结构→使用性能的思路，介绍了这两类钢典型牌号的生产工艺与技术参数之间的对应关系，为这两类钢的研制、推广和应用提供有实用价值的参考资料。
高强不锈钢的发展与应用技术
收稿日期： 2012 － 08 － 28 作者简介： 梁剑雄，1975 年出生，高级工程师，主要从事高强度不锈钢领域研发工作。E － mail： liangjianxiong@ nercast． com
宇航材料工艺 http： ∥www． yhclgy． com 2013 年 第 3 期
—1—
国高强 度 不 锈 钢 标 准 （ 7 个 钢 号） ，此 外 还 研 究 了 Cr12Ni7Mo2TiAl、0Cr14Ni4Cu3Mo、0Cr14Ni4Cu3 等钢 号。英 国 研 发 的 钢 种 有 FV448、520、520 （ B ） 、520 （ S） 、535、566、D70 以及 S / SAV、S / SJ2，12Cr － 8Ni － Be 等［6］。德 国 于 1967、1971 年 研 制 发 表 了 Ultrafort401、402 等钢种［7］。前苏联除仿制、改进美国钢 号外，还 独 立 研 究 了 一 系 列 新 钢 号，常 见 的 钢 有 0Х15Н8Ю、0Х17Н5М3、1Х15Н4АМ3、07Х16Н6 等以 及 大 量 含 钴 钢 号， 如 00Х12К14Н5М5Т、 00Х14К14Н4М3Т 等［8］。
Liang Jianxiong Liu Zhenbao Yang Zhiyong
（ Central Iron and Steel Research Institute，Beijing 100081）
Abstract Recent development and status in domestic and abroad on high strength stainless steel are introduced． The properties and the mechanism of strengthening and toughening of high strength stainless steel reviewed． And the developing trend and application prospect is evacuated in this paper．
3_GPa_超高强度马氏体时效钢组织性能
2024 年第 44 卷航 空 材 料 学 报2024，Vol. 44第 2 期第 151 – 158 页JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS No.2 pp.151 – 158引用格式：耿如明，崔永恩，吴冰，等. 3 GPa超高强度马氏体时效钢组织性能[J]. 航空材料学报，2024，44(2)：151-158.GENG Ruming，CUI Yongen，WU Bing，et al. Characteristics of microstructures and mechanical properties of 3 GPa ultrahigh strength maraging steel[J]. Journal of Aeronautical Materials，2024，44(2)：151-158.3 GPa超高强度马氏体时效钢组织性能耿如明1*, 崔永恩1,2, 吴 冰3, 李 岩3, 王春旭1*, 厉 勇1（1．钢铁研究总院有限公司 特殊钢研究院，北京 100081；2．燕山大学 先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室，河北秦皇岛 066004；3．中国空间技术研究院，北京 100094）摘要：航空航天系统的小型化、轻量化发展趋势对动力轴材料的强塑性提出了更高的要求。
为了开发3 GPa级的马氏体时效钢，设计一种高Co、Ni、Mo的马氏体时效钢，其成分为14Ni-15Co-9Mo-0.86Ti-0.35Al-Fe。
通过锻比大于10的高温大塑性变形尽可能细化晶粒，并结合预拉伸变形及深冷+时效的热处理工艺调控，实验钢抗拉强度达到3.076 GPa，断后伸长率5.5%，表现出了优异的强塑性。
通过对其显微组织进行分析表征，发现其基体组织为高位错密度的板条马氏体结构，平均晶粒尺寸为0.47 μm。
透射电镜及3DAP结果表明，基体中分布着大量的Ni3（Mo,Ti），析出相平均直径为6～7 nm。
沉淀硬化 不锈钢
不锈钢的简要概述
二.不锈钢的分类
按金相组织分类 铁素体不锈钢 马氏体不锈钢 奥氏体不锈钢 沉淀硬化不锈钢 铁素体-奥氏体双相不锈钢等
按主要化学成分分类：铬不锈钢、镍铬不锈钢
按主要节约元素分类：节镍不锈钢、无镍不锈钢等
按化学成分分类
按特征组成元素分类：高硅不锈钢、高钼不锈钢等
按C、N和杂质元素的控制含量分类：普通不锈钢、 低碳不锈钢和超低碳不锈钢、高纯不锈钢
影响不锈钢的组织和性能的因素
4. 其它元素的作用 Mn是比较弱的奥氏体形成元素， 但具有强烈稳定奥氏体组织的作用。 为了节约镍，仅 靠加入Mn是无法获得单一的奥氏体组织，而需要Mn、 N复合加入才能克服这一缺点。 钛和铌是强碳化物形成元素，它们是作为形成稳定 的碳化物，从而防止晶界腐蚀而加入不锈钢中的。 钼能提高不锈钢的钝化能力，扩大其钝化介质范围， 如在热硫酸、稀盐酸、和有机酸中，含钼不锈钢可以形 成含钼钝化膜。这种含钼钝化膜在许多强腐蚀介质中具 有很高的稳定性，不易溶解。Cl‐半径很小，它可以穿 过许多致密度不够高的钝化膜，形成可溶性的腐蚀产物， 而在钢的表面造成点腐蚀。由于钼钝化膜致密而稳定， 可防止Cl‐对膜的破坏，所以含钼不锈钢具有较好的抗 点腐蚀的能力。
2008年，我国发布了不锈钢的新牌号标准。新牌号与旧牌 号在标识上基本没有太大的变动，主要的化学元素标识都没 有变动，只有碳含量标识和个别钢种里面的化学元素发生了 变动。 A. 旧牌号 含碳量以千分之几表示。如果Wc≤0.08﹪为低碳， 标识为“0”，如0Cr18Ni9；Wc≤0.03﹪为超低碳，表示 为“00”，如Cr17Ni14Mo2。 B. 新牌号 含碳量以万分之几表示。022Cr17Ni12Mo2钢中 的碳质量分数为0.022﹪，其它标识基本不变。
马氏体沉淀硬化钢
马氏体沉淀硬化不锈钢是超高强度钢，其合金化特点是在Cr13的基础上，加入钼、钨、钛、铌等强化元素，这些元素能够形成一系列金属间化合物，如Fe2Mo、Fe2Ti、Fe2Nb、x相（Fe36Cr12Mo10）等，在400~650°范围时效时，在马氏体基体上析出这些金属间化合物，产生沉淀硬化，从而提高了钢的力学性能。
而加入的钼、钨、钛、铌等强化元素是铁素体形成元素，必然出现高温铁素体，为了在高温获得单一的奥氏体组织，必须加入奥氏体形成元素，如钴和镍，但是为了不使Ms点过分降低，一般镍控制在4%左右，钴控制在10~20%范围。
钴和钼同时加入钢中，能够使沉淀硬化效应特别强烈，因此，一般钴和钼是同时加入钢中的。
马氏体沉淀硬化不锈钢经过固溶处理冷却到室温，组织中除了马氏体外还有大量的残余奥氏体，经过冷处理后可使残余奥氏体大大减少，这时形成的合金马氏体具有较低的硬度和较高的塑性和韧性，加工硬化倾向较小，便于进行各种加工，然后经过时效处理，在时效过程中析出弥散的碳化物，起到了第二相强化作用，加上固溶处理形成的马氏体强化，从而使得硬度强度得到大幅度提高，从而具备了良好的力学性能。
马氏体不锈钢的大体介绍与主要性能
马氏体不锈钢的大体介绍与主要性能马氏体不锈钢是指在室温下维持马氏体显微组织的一种铬不锈钢。
通常情况下，马氏体不锈钢比奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢具有更高的强度，可通过热处置进行强化，具有良好的力学性能和高温抗氧化性。
该钢种在大气、水和弱侵蚀介质如加盐水溶液、稀硝酸及某些浓度不高的有机酸，在温度不高的情况下均有良好的侵蚀介质。
但该钢种不耐强酸，如硫酸、盐酸、浓硝酸等的侵蚀，常常利用于水、蒸汽、油品等弱侵蚀性介质。
由于铬不锈钢可通过热处置强化，因此为了避免强度太高产生脆性，应采用正确的热处置工艺。
大体介绍标准的马氏体不锈钢是：403、410、414、41六、416(Se)、420、43一、440A、440B和440C型，这些钢材的耐侵蚀性来自“铬”，其范围是从至18%，铬含量愈高的钢材需碳含量愈高，以确保在热处置期间马氏体的形成，上述三种440型不锈钢很少被考虑做为需要焊接的应用，且440型成份的熔填金属不易取得。
标准马氏体钢材的改良，含有类如镍、钼、钒等的添加元素，主如果用于将标准钢材受限的允许工作温度提升至高于1100K，当添加这些元素时，碳含量也增加，随着碳含量的增加，在焊接物的硬化热影响区中避免龟裂的问题变成更严重。
性能马氏体不锈钢能在退火、硬化和硬化与回火的状态下焊接，无论钢材的原先状态如何，通过焊接后都会在临近焊道处产生一硬化的马氏体区，热影响区的硬度主如果取决于母材金属的碳含量，当硬度增加时，则韧性减少，且此区域变成较易产生龟裂、预热和控制层间温度，是避免龟裂的最有效方式，为得最佳的性质，需焊后热处置。
马氏体不锈钢是一类可以通过热处置（淬火、回火）对其性能进行调整的不锈钢，通俗地讲，是一类可硬化的不锈钢。
这种特性决定了这种钢必需具有两个大体条件：一是在平衡相图中必需有奥氏体相区存在，在该区域温度范围内进行长时间加热，使碳化物固溶到钢中以后，进行淬火形成马氏体，也就是化学成份必需控制在γ或γ+α相区，二是要使合金形成耐侵蚀和氧化的钝化膜，铬含量必需在%以上。
超级马氏体不锈钢的低温冲击韧性研究
超级马氏体不锈钢的低温冲击韧性研究超级马氏体不锈钢是一种具有优异低温冲击韧性的材料，其在极端环境下具有出色的耐用性和可靠性。
本文将通过研究超级马氏体不锈钢的低温冲击韧性，探讨其在工程应用领域的前景和潜力。
低温环境对材料的性能提出了严苛要求，因此超级马氏体不锈钢的低温冲击韧性成为研究的重点之一。
进行低温冲击韧性研究的目的是为了改善超级马氏体不锈钢的抗冲击性能，以应对极寒条件下的应用需求。
首先，我们需要了解超级马氏体不锈钢的结构特点和相变行为。
超级马氏体不锈钢由奥氏体相和马氏体相组成，通过热处理和形变处理过程形成。
这种特殊的组织结构使其具有优异的强度和耐磨性。
在低温下，超级马氏体不锈钢能够发生相变，从马氏体相转变为留下奥氏体相。
这一相变过程使其具有极高的韧性和冲击吸收能力。
为了研究超级马氏体不锈钢的低温冲击韧性，需要进行冲击试验来评估其性能。
冲击试验主要包括冲击试样的制备和冲击试验过程。
在制备试样过程中，应注意保证试样的几何形状和尺寸符合标准规范，以确保测试结果的可比性和准确性。
而在冲击试验过程中，试样应受到一定程度的冲击载荷，以模拟实际工程应用中可能遇到的冲击情况。
在研究中，可以通过改变超级马氏体不锈钢的化学成分、热处理工艺和形变处理方式等，来探究其低温冲击韧性的变化规律。
通过这些实验手段，可以得出一系列与材料性能相关的数据和结论。
例如，可以得出超级马氏体不锈钢在不同温度下的冲击韧性曲线，以及不同处理参数对其低温冲击韧性的影响。
除了实验研究外，理论模拟方法也可以用于分析超级马氏体不锈钢的低温冲击韧性。
通过建立适当的数值模型和物理模型，可以模拟超级马氏体不锈钢在不同条件下的应力状态和变形行为，进而预测材料的冲击韧性。
理论模拟方法可以为实验提供补充，减少试验的时间和成本，并提供更深入的材料研究结果。
超级马氏体不锈钢的低温冲击韧性研究具有广泛的应用前景和潜力。
在航空航天、核能、海洋工程等领域，低温环境下的材料需求非常高。
超级马氏体不锈钢的力学行为及其应力应变曲线分析
超级马氏体不锈钢的力学行为及其应力应变曲线分析超级马氏体不锈钢是一种在近年来逐渐兴起的新型材料，其具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于航空航天、能源、汽车等领域。
本文将对超级马氏体不锈钢的力学行为以及其应力应变曲线进行详细的分析和讨论。
首先，我们需要了解超级马氏体不锈钢的力学行为。
超级马氏体不锈钢是一种通过多道次的变形和时效热处理形成的材料，其具有双相结构，包含奥氏体和马氏体两种相。
奥氏体主要负责提供韧性，而马氏体则负责提供高强度。
这种双相结构赋予了超级马氏体不锈钢出色的力学性能。
接下来，我们需要关注超级马氏体不锈钢的应力应变曲线。
应力应变曲线是材料力学性能的重要指标之一，可以描述材料在受力下的变形行为。
在超级马氏体不锈钢中，由于双相结构的存在，其应力应变曲线表现出一定的特殊性。
在开始进行拉伸试验时，超级马氏体不锈钢的应力逐渐增加，直到达到极限强度。
这是由于马氏体的形变开始发生，其结构开始滑移和形变。
在此过程中，马氏体相的应变会逐渐增加，而奥氏体相的应变保持相对较低。
这是因为奥氏体相具有较高的韧性，可以通过塑性变形来吸收部分应变。
随着拉伸过程的继续，马氏体相的形变逐渐增加，直到最终发生断裂。
在拉伸试验过程中，超级马氏体不锈钢的应变曲线呈现出明显的两阶段特征。
第一阶段是马氏体相的塑性变形，这个阶段的斜率较小。
第二阶段是马氏体相的脆性断裂，这个阶段的斜率较大。
应力应变曲线的整体形状与一般不锈钢材料的应力应变曲线有所不同，这是超级马氏体不锈钢独特的力学行为之一。
除了拉伸性能的分析外，超级马氏体不锈钢还具有优异的屈服强度和抗压性能。
在屈服点前，超级马氏体不锈钢的应力逐渐增加，同时伴随着一定的应变硬化。
当应力达到屈服点后，材料开始出现应力平台，称为屈服阶段，此时超级马氏体不锈钢的应变主要由奥氏体相的变形所主导。
经过屈服点后，应力逐渐增加，达到最大应力值，此时材料开始进入脆性断裂阶段。
在进行应力应变曲线分析时，除了拉伸试验外，还可以进行压缩试验、弯曲试验等。
超级马氏体不锈钢的拉伸性能及断裂行为分析
超级马氏体不锈钢的拉伸性能及断裂行为分析超级马氏体不锈钢是一种重要的结构材料，具有优异的强度和耐腐蚀性能。
本文将对超级马氏体不锈钢的拉伸性能及断裂行为进行深入分析。
1. 拉伸性能拉伸性能是评价材料力学性能的重要指标之一，它反映了材料在受力下的变形和破坏行为。
超级马氏体不锈钢在拉伸过程中展现出以下几个重要的性能特点：1.1 高强度超级马氏体不锈钢由于其中具有大量的马氏体组织，其晶格结构具有良好的应变硬化能力。
这种应变硬化能力使得超级马氏体不锈钢的抗拉强度得到显著提升，远超其他不锈钢并接近高强度钢材。
这使得超级马氏体不锈钢在工程领域具有广泛的应用潜力。
1.2 良好的韧性尽管超级马氏体不锈钢具有高强度，但其韧性也是十分出色的。
在拉伸试验中，即使在破坏之前，该材料也可以经历较大的塑性变形。
这种良好的韧性使超级马氏体不锈钢具有较好的抗冲击能力，并能够抵御外部载荷的影响。
2. 断裂行为断裂行为是材料力学性能研究的关键内容之一，它能够揭示材料在受力过程中的破坏方式和机制。
2.1 断裂方式超级马氏体不锈钢在拉伸过程中主要表现出塑性断裂行为。
在拉伸试验中，超级马氏体不锈钢会发生显著的塑性变形，但在超过其极限强度后，会发生破坏。
通常，断裂面呈现出典型的韧性断裂形貌，存在明显的韧窝和颗粒状断口。
2.2 断裂机制超级马氏体不锈钢的断裂机制主要取决于其显微组织的特点和应变率。
2.2.1 加工硬化超级马氏体不锈钢在冷加工过程中会发生加工硬化现象。
加工硬化导致材料中的位错密度增加，晶界的断裂难度增加，从而提高了超级马氏体不锈钢的断裂强度。
2.2.2 马氏体转变马氏体转变是超级马氏体不锈钢独特的断裂机制之一。
在受到外力的作用下，马氏体相可能经历相变，从而导致材料受力过程中发生剧烈的局部变形，进而加剧材料的应变和破坏。
2.2.3 局部脆化超级马氏体不锈钢中存在一定的残余奥氏体相，而奥氏体相在一定条件下可能发生局部脆化。
当局部应力集中时，奥氏体相会成为断裂活性位点，并促使裂纹的扩展，加速材料的破坏。
特斯拉马氏体钢的强度
特斯拉马氏体钢的强度随着工业化的发展和技术的不断进步，钢材作为重要的工业材料，一直在不断地被改进和升级。
其中，特斯拉马氏体钢就是一种新型的高强度钢材，具有优异的力学性能和抗腐蚀性能。
本文将从特斯拉马氏体钢的结构、制备方法和力学性能等方面进行详细介绍。
一、特斯拉马氏体钢的结构特斯拉马氏体钢是一种由铁、铬、钼、钴、镍等元素构成的钢材，其主要特点是具有双相结构。
具体来说，特斯拉马氏体钢由马氏体和奥氏体两种相组成，其中马氏体的体积分数为50%~90%，奥氏体的体积分数为10%~50%。
这种双相结构的设计可以使钢材同时具有高强度和高塑性的特点。
二、特斯拉马氏体钢的制备方法特斯拉马氏体钢的制备方法主要包括两种：双相钢的制备方法和加工热处理方法。
1. 双相钢的制备方法双相钢的制备方法是通过控制钢材的化学成分和热处理工艺来实现的。
一般来说，双相钢的化学成分需要控制在如下范围内：C<0.2%，Si<1.5%，Mn<2.0%，Cr<20%，Ni<10%，Mo<1.0%，Co<1.0%。
此外，还需要选择合适的热处理工艺，如正火淬火、正火淬火后回火、正火淬火后冷却等工艺，以实现双相结构的形成。
2. 加工热处理方法加工热处理方法是指在钢材加工过程中进行热处理，以实现特定的力学性能。
具体来说，加工热处理方法包括等温淬火、连续冷却变形等工艺。
其中，等温淬火可以使钢材具有高强度和高韧性的特点，而连续冷却变形则可以使钢材具有优异的塑性和韧性。
三、特斯拉马氏体钢的力学性能特斯拉马氏体钢具有优异的力学性能，主要表现在以下几个方面： 1. 高强度由于特斯拉马氏体钢具有双相结构，因此其强度远高于传统的奥氏体钢和马氏体钢。
据研究表明，特斯拉马氏体钢的屈服强度和抗拉强度可以分别达到600MPa和1000MPa以上。
2. 高塑性特斯拉马氏体钢具有优异的塑性，可以在高应变率下表现出较好的延展性和韧性。
同时，其延展率和断面收缩率也较高，可以有效地防止断杆现象的发生。
一种超高强度马氏体时效不锈钢的组织转变对力学性能的影响
一种超高强度马氏体时效不锈钢的组织转变对力学性能的影响刘振宝;杨志勇;李全安;梁剑雄;宋为顺【期刊名称】《热处理》【年(卷),期】2005(020)003【摘要】研究了强度级别为1900MPa的新型马氏体不锈钢在经过不同制度的热处理后的微观组织及其对钢力学性能的影响.试验钢经1000℃固溶处理后在基体上有一种富Mo的析出物生成,这种析出物降低了钢时效后的韧性.经1000℃,1050℃固溶处理+负温处理后,试验钢在535℃时效处理时强度均达到最大值,原因是在高密度位错的板条马氏体和残余奥氏体基体上析出均匀弥散、细小的强化相.随着时效温度继续升高强度开始下降,其原因有二,其一析出相聚集长大,破坏了与基体间原有的共格关系;其二逆转变奥氏体转变量的增加.【总页数】7页(P11-16,22)【作者】刘振宝;杨志勇;李全安;梁剑雄;宋为顺【作者单位】北京钢铁研究总院,北京,100081;河南科技大学材料学院,河南,洛阳,471003;北京钢铁研究总院,北京,100081;河南科技大学材料学院,河南,洛阳,471003;北京钢铁研究总院,北京,100081;北京钢铁研究总院,北京,100081【正文语种】中文【中图分类】TG142.24【相关文献】1.冷轧变形对00Cr12Ni9Mo4Cu3Ti0.9Al0.4马氏体时效不锈钢力学性能和耐蚀性能的影响 [J], 李帅;徐裕来;王雷;张华伟;肖学山;李钧2.循环相变对00Cr13Ni7Co5Mo4Ti马氏体时效不锈钢晶粒细化和力学性能的影响 [J], 姜越;周蓓蓓;艾莹莹;卢伟3.时效处理对15-5PH沉淀硬化马氏体不锈钢组织和力学性能的影响 [J], 裴海祥;王西涛;王立新;邢丽娜4.时效处理对05Cr17Ni4Cu4Nb马氏体沉淀硬化不锈钢力学性能及组织的影响[J], 卫争艳;徐梅;谭国华5.超高强度18Ni无钴马氏体时效钢的力学性能 [J], 何毅;杨柯;孔凡亚;曲文生;苏国跃因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
探索强韧化机理_创新超高强度高韧性不锈钢
第14卷专辑1 Vol.14S1中国有色金属学报The Chinese Journal of N onferrous Metals2004年5月May 2004文章编号:10040609(2004)S1020205探索强韧化机理,创新超高强度高韧性不锈钢①赵振业,李春志,李 志,刘天琦,马新闻(北京航空材料研究院,北京100095)摘 要:评述了超高强度钢和高强度不锈钢的基本理论、成分设计、超纯净熔炼和工程应用技术发展状况、在航空、航天及其他高科技领域中的应用和重要地位、发展目标、强韧化机理和成分探索研究现状及存在问题。
借助透射电子显微镜高分辨和电子选区衍射等方法,揭示了超细马氏体板条、超细共格沉淀强化相Laves相、M2C及逆转变奥氏体等强2韧化机理。
用V IM+VAR双真空超纯洁熔炼、超均匀加工及控制相变热处理等技术,获得2种低碳超高强度高韧性不锈钢,其力学性能分别达到抗拉强度1915MPa和1862MPa,断裂韧度119MPa・m1/2和120MPa・m1/2。
关键词:超高强度钢;不锈钢;强2韧化机理Strengthen2toughening mechanisms and developmentof new type ultra2high strength stainless steelZHAO Zhen2ye,L I Chun2zhi,L I Zhi,L IU Tian2qi,MA Xin2wen(Beijing Institute of Aeronautical Materials,Beijing100095,China)Abstract:The fundamental theory,future object,studying status and topics of ultra2high strength steel and high strength stainless steel were reviewed.The new strengthen2toughening mechanisms,such as ultrafine martensitic laths, ultrafine strengthening phases M2C carbide and Laves phase precipitated coherence with martensitic matix and reverse transformed austenite distributed over the effective grain boundaries were discovered with electronic microsco py.By means of V IM+VAR double vacuum melting technology secured super pure materials and by the super homogenization hotwork and controlling martensitic transformation heat treatment techniques,the new types of low carbon ultra2high strength steel in combination with high toughness were obtained.The tensile strengths reach1915MPa and1862MPa and the frac2 ture toughnesses reach119MPa and120MPa・m1/2respectively.K ey w ords:ultra2high strength steel;stainless steel;strengthen2toughening mechanism 在航空、宇航工程领域,超高强度钢是指屈服强度(σ0.2)在1400～1600MPa以上的高强度钢。
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新型超高强度2高韧性马氏体沉淀硬化不锈钢的组织和力学性能初探李 志 支敏学 刘天琦 赵振业(北京航空材料研究院,北京100095)摘要:在分析现有宇航用高强度马氏体沉淀硬化不锈钢和高合金超高强度钢的基础上,研制出一种新型超高强度2高韧性马氏体沉淀硬化不锈钢,其抗拉强度σb ≥1800MPa ,δ5≥15%,K ⅠC ≥100MPam 1/2,力学性能满足了设计要求。
关键词:马氏体沉淀硬化不锈钢;超高强度2高韧性;力学性能中图分类号:TF764+.1;TG 142.71 文献标识码:A 文章编号:100525053(2000)0320001205 将高强度不锈钢发展至超高强度(σb ≥1800MPa ),同时具有良好的塑性和韧性(δ5≥15%,K IC ≥100MPam 1/2),在航空航天等国防尖端领域存在着广泛而迫切的应用需求前景,如飞机的一些重要结构件和火箭壳体的性能要求不断提高,对不锈钢的强度、韧性提出了更高的要求,但目前尚无具有超高强度2高韧性匹配的实用不锈钢种。
本文在分析几种宇航用高合金钢成分(主要是C 和Mo 元素)和强度、韧性的基础上,初步探索研制出一种新型超高强度2高韧性马氏体沉淀硬化不锈钢,并对其组织和力学性能进行了分析。
1 新型马氏体沉淀硬化不锈钢成分选择 表1是从文献[1,2]得到的几种典型钢种的成分和力学性能,用其对抗拉强度进行多元线性回归分析,得到下式: σb =3082(C %)+35.5(Ni %)+20(Co %)+27.5(Cr %)+108(Mo %)+501.4(1)可以看出,影响抗拉强度的主要因素是C 和Mo ,ΔC =0.10%可使强度提高300MPa ,而ΔMo =1%可使强度提高100MPa 。
用表1对断裂韧度进行多元线性回归分析,得到下式: K IC =-674.6(C %)+18.63(Ni %)-2.52(Co %)+4.35(Cr %)-4.3(Mo %)+88.85(2)可以看出,加入Co 使断裂韧度降低,这在AFC 277钢中已显示出来,而加入Ni 则有效改善 收稿日期:2000206204;修订日期:2000207206 作者简介:李 志(19642),男,博士后,从事宇航用超高强度2高韧性不锈钢的设计与开发。
第20卷 第3期2000年9月 航 空 材 料 学 报J OU RNAL OF AERONAU TICAL MA TERLAL SVol.20,No.3September 2000材料的断裂韧度。
从冲击韧性看,Ni 与Co 配合应用于钢中,会有效提高钢的韧性(表1)。
因此应用二次硬化提高强度和Ni 与Co 搭配增加韧性,有希望实现不锈钢的超高强度2高韧性匹配。
表1 几种典型钢种的成分和力学性能[1,2]Table 1 Compositions and mechanical properties of the several typical steelsSteels Compositions /wt %Mechanical propertiesC Ni Co Cr Mo σb /MPaK IC /MPam1/2A K /JAFC 2770.15013.514.5 5.0200005AF14100.16101421170014371Ref.[2]0.16014411420—61Aermet1000.2411.513.4 2.9 1.2200011042Aermet3100.251115 2.4 1.421707127AM3670.03 3.515.514.0 2.01520—34NAS MA 21640.025 4.512.512.5 5.01850—16HY 1800.11108211340215—Ref.[2]0.10 1.5012 1.5130068—AM3500.104.516.52.91400180—2 新型马氏体沉淀硬化不锈钢的力学性能 新型超高强度2高韧性马氏体沉淀硬化不锈钢采用双真空熔炼。
将锻材加工成金相试样、硬度试样、拉伸试样、冲击试样和三点弯曲(断裂韧度K IC )试样,热处理后测量材料力学性能,并观察显微组织。
2.1 固溶处理温度和时效温度对硬度的影响 硬度试样分别在1000℃和1100℃保温45min 后空冷,随后立即在-78℃冰冷1h ,并在400～600℃范围内选择不同温度时效5h ,硬度(HRC )示于表2。
可以看出,两种固溶处理温度对硬度的影响相当;出现硬度峰值的时效温度在540℃,这略低于Mo 2C 的二次硬化峰温度(570℃)。
HRC 50.5的峰值预示着材料的超高强度。
2.2 固溶处理温度和时效处理温度对拉伸性能和冲击韧性的影响 表3给出了固溶处理温度和时效处理温度对拉伸性能的影响。
可以看出,在530～540℃范围内回火,对于两种固溶处理温度下的σb 均大于1800MPa ,其中1050℃固溶处理并在540℃时效处理得到的σb 最高,达1868MPa ,这与硬度值(HRC )存在良好的对应关系;1050℃和1100℃固溶处理后在530～570℃时效处理,得到的δ5均大于15%。
材料屈服强度随固溶处理温度变化明显,随着固溶处理温度提高,材料的屈服强度降低。
表4给出了固溶处理温度和时效处理温度对冲击韧性A K (J )的影响,随着固溶处理温度的提高,冲击韧性提高;在1100℃固溶、540℃时效处理达到超高强度时,冲击韧性A K 仍在75J 。
在1050℃固溶处理并540℃时效处理后K IQ 为120MPam 1/2。
由上述结果可知,新型马氏体沉淀硬化不锈钢在实现超高强度的同时,保持了高韧性。
2 航 空 材 料 学 报 第20卷表2 固溶处理温度和时效处理温度对硬度(HRC )的影响Table 2 E ffect of solution temperatures and aging temperatures on HRC hardnessesAging temperature /℃S olution temperature /℃1000110040043.242.845046.545.650049.048.654050.850.557049.549.560047.247.0表3 固溶处理温度和时效处理温度对拉伸性能的影响Table 3 E ffect of solution temperatures and aging temperatures on tensile properties S olution temp.TensilepropertyAging temp.1050℃1100℃σ0.2/MPa σb /MPa δ5/%ψ/%σ0.2/MPa σb /MPa δ5/%ψ/%530℃1451186615.365.41382183215.265.6540℃1422186815.267.11348184615.964.0570℃1309176716.269.11272176016.068.1表4 固溶处理温度和时效处理温度对冲击韧性A K (J )的影响Table 4 E ffect of solution temperatures and aging temperatures on impact toughness A K (J )S olution temp.Aging temp.1000℃1100℃500℃62.0112.0540℃49.575.0570℃50.075.03 分析与讨论 图1是经固溶处理后材料的显微组织,其中基本无δ2铁素体存在。
图2是经冰冷处理和时效处理后板条马氏体组织。
3第3期 新型超高强度2高韧性马氏体沉淀硬化不锈钢的组织和力学性能初探 图1 固溶处理后显微组织图2 马氏体板条组织 Fig.1 Microstructure after solutionFig.2 Mode of martensite 对于高合金超高强度钢而言,钴元素的作用有促进形成细小弥散M 2C 沉淀,产生固溶强化,在含量高于10%时可提高拉伸强度,但对冲击韧性有害。
对韧性的不良影响也反映在超高强度不锈钢AFC 277中,结合高钼含量(5%)形成的laves 相,AFC 277钢在达到最高强度时A KV 低于5J 。
另一方面,高合金超高强度钢在达到超高强度的同时,都实现了高韧性,这与钴、镍两种元素的联合作用有关。
镍能够提高马氏体的本征韧性。
镍、钴联合作用提高韧性的机制尚须研究。
本研究中,镍、钴同时在材料中应用,即便在高钼量(有可能形成laves 相)情况下,在实现超高强度时A K 也达到75J 。
镍、钴联合作用于Fe 2C 2Ni 2Mo 钢中将二次硬化峰值降低50℃;另一方面,逆转变奥氏体的形成同样会降低材料的硬度,使二次硬化作用减弱。
本研究中二次硬化峰值温度约在540℃左右,低于理想的570℃。
上述两种机制中哪一种起主导作用、时效时组织演变过程等问题尚须进一步研究。
与1100℃相比,1050℃固溶处理后组织中存在更多的难溶碳化物如VC 等,这一方面使材料经同样后续热处理后屈服强度高于1100℃固溶处理后的屈服强度,同时其冲击韧性低于后者。
V 的强化效果和强化机制会是本研究中的一个焦点。
4 结束语 研制出一种新型超高强度2高韧性马氏体沉淀硬化不锈钢,在1050～1100℃固溶处理并经530～540℃时效处理后,材料达到最佳强韧性配合:σb ≥1800MPa ,δ5≥15%,ψ%=60%,K ⅠC ≥100MPam 1/2,力学性能满足了设计要求。
参考文献:[1] HO C Y.Aeros pace structural metals handbook.West Lafayette :CINDAS/USFA Handbooks O peration ,1994.[2] 赵振业.合金钢设计.北京:国防工业出版社,1999.4 航 空 材 料 学 报 第20卷Microstructure and mechanical properties of a new kind of precipitation 2hardenable m artensitic stainless steel withultra 2high strength and high toughnessL I Zhi ZHI Min 2xue L IU Tian 2qi ZHAO Zhen 2ye(Institute of Aeronautical Materials ,Beijing 100095,China )Abstract :On the basis of analysis of high strength precipitation 2hardenable martensitic stainless steel and high 2alloy 2ultra 2high 2strength steel available in aeronautical field ,a new kind of precipitation 2hardenable martensitic stainless steel with ultra 2high strength and high toughness has been developed.Its mechanical properties reaches the level σb ≥1800MPa ,δ5≥15%,K ⅠC ≥100MPam 1/2,which has satisfied the design requirement.K ey w ords :precipitation 2hardenable martensitic stainless steel ;ultra high strength 2high toughness ;mechanicalproperties5第3期 新型超高强度2高韧性马氏体沉淀硬化不锈钢的组织和力学性能初探。