18Ni(300)马氏体时效钢的特点及应用

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,Mechanical properties,Hysteresis properties,Aging Mechanism,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

性和高可靠性的材料来说, 就可以采用VIM十VAR组合的真空双重熔炼方法［1］。

图1：18Ni马氏体时效钢的KIC

Fig1: KIC of the 18Nimaraging steel

马氏体时效钢容易进行热加工, 其加工性同SUS304钢冷加工性也非常优良, 进行拉拨加工、冷轧、弯曲和深拉伸等都非常容易。在冷加工过程中90%以上可安排软化退火。加工硬化指数同一般钢材相比仅为0.02-0.03, 约比一般钢材低一位数。18Ni钢冷加工度对机械性能的影响如图2所示。随着冷加工度的提高, 强度也随之增加, 伸长率却因冷加工而稍有降低, 韧性也有所卞降。因此,马氏体时效钢以冷加工作为强化手段,需要灵活有效地应用, 才能使材料达到超高强与高塑韧性相匹配的要求［1］。

18Ni钢,Ni 的含量较高, 固溶处理时在奥氏体化后, 于通常的冷却速度空气或水下, 奥氏体转变为马氏体、(18Ni Ms=290℃),一般情况下, 马氏体转变不会受到冷却速度的影响。18Ni 马氏体时效钢所以能进行热处理的简单理由是它具有A=M可逆转变。一般出售马氏体时效钢都已经进行固溶处理。

图2：冷加工对18Ni-200钢抗拉强度的影响

Fig2:Impact of Cold Processing for 18Ni-200 Steel Tensile strength

用户一般都是进行机械加工后,再施以时效处理。因它在时效处理中尺寸变化非常小（18Ni 一170的收缩率仅为0.07%), 所以, 在整个加工工艺流程中可省去精加工, 这是马氏体时效钢的最大优点。

2.2 物理性能：

对18Ni马氏体时效钢按标准热处理规范处理后其物理性能列表2［1］。

表2：18Ni马氏体时效的物理性能

Table2: Physical Properties of 18Nimaraging steel

2.3抗拉强度：

18Ni马氏体时效钢的抗拉强度如表3。虽然在固溶处理后硬度(HRC)为27--34，抗拉强度高达960--1120MN/m2，伸长率和断面收缩率也相当高，易进行冷加工，但同时出现韧性差、切削性能不好等若干问题。在时效处理后其屈服强度与抗拉强度相差很小，大体为50--100MN/m2，由于加工硬化率小，均匀伸长率不大，但Ψ值仍然很大，故其延伸性仍很好，还能够得到很大的断面收缩率。

表4为应力集中系数为3.5时18Ni个钢的缺漏强度。由表可以知道，18Ni马氏体时效钢的缺口敏感性非常小，具有很高的缺口强度。可以认为马氏体时效钢具有缓解裂纹行核地点或裂纹形成后裂纹尖端应力集中的很高能力［1］。