马氏体时效钢:性能、加工和应用
马氏体时效钢是超高强度钢合金，是一种特殊的低碳钢，与大多数其他钢相比，它表现出优越的强度和韧性，但具有相似的延展性。“马氏体时效”是由马氏体和时效派生而来的术语，指的是钢的强化过程。
马氏体时效钢与其他钢合金的不同之处是，它不是由碳的存在而硬化，而是由其他金属间化合物的特殊选择沉淀而硬化。碳的缺失和金属间沉淀的使用使得马氏体时效钢在保持相对高延性[2]的同时，实现了高强度和韧性的组合。术语马氏体时效源自马氏体时效硬化过程，该过程发生在马氏体基体[3]中缺乏碳的情况下。马氏体时效钢广泛应用于航空航天工业以及工具和武器零件。
在这里，你将了解到:
- 马氏体时效钢的成分和牌号
- 马氏体时效钢的性能
- 马氏体时效钢的加工
- 马氏体时效钢的应用
马氏体时效钢的成分和牌号
马氏体时效钢等级是根据其名义屈服强度命名的，单位是千磅每平方英寸(ksi)。市售马氏体时效钢的设计提供特定屈服强度范围为1030至2040 MPa(150至350 ksi)。一些马氏体时效钢的屈服强度可达3450 MPa (500 ksi)或更高[3]。
的化学成分马氏体时效钢的镍、钴和钼含量一般较高。值得注意的是，在这些合金中，成分中的碳含量被认为是一种杂质，通常保持在低于0.03%的值。下表列出了一些最常见的马氏体时效钢合金等级。请注意，钢的名称包括括号中的屈服强度(以ksi为单位)[3]。
表1。不同马氏体时效钢牌号及其成分。
年级 |
成分(%)(1) |
||||
倪 |
莫 |
有限公司 |
“透明国际” |
艾尔 |
|
18 |
3．3 |
8.5 |
0.2 |
0．1 |
|
18 |
5．0 |
8.5 |
0.4 |
0．1 |
|
18 |
5．0 |
9.0 |
0.7 |
0．1 |
|
18 |
4.2（2） |
12.5 |
1．6 |
0．1 |
|
18倪(Cast) |
17 |
4.6 |
10．0 |
0.3 |
0．1 |
12-5-3 (180)（3） |
12 |
3．0 |
-- |
0.2 |
0．1 |
注: (1)所有等级C的最大含量均为0.03% (2)有的厂家使用4.8% Mo和1.4% Ti的组合 (3)含5% Cr |
|||||
马氏体时效钢等级的变化包括:
- 不锈钢的成绩
- 额外铸件等级
- 额外的强度等级
- 无钴和低钴牌号
- 重截面的特殊等级
- 具有优越磁性的牌号
马氏体时效钢的性能
马氏体时效钢的一些最有利的性能包括:
标准18镍(18%镍)马氏体时效钢的典型物理和热性能值如下表所示。
表2。18ni马氏体时效钢的物理和热性能
18镍马氏体时效钢 |
|
财产 |
价值 |
密度 |
8.2克/厘米3.在20°C |
1.3 x105/K在20°C |
|
熔点 |
1425 -1505°c |
440 J/(kg*K)在20°C |
|
20-25 W/(m*K)在20°C |
|
表3。不同18 Ni马氏体时效钢牌号的力学性能。
年级 |
MPa (ksi) |
MPa (ksi) |
2英寸或50毫米(%) |
(%) |
热处理(1) |
1500 (218) |
1400 (203) |
10 |
60 |
一个 |
|
1800 (260) |
1700 (274) |
8 |
55 |
一个 |
|
2050 (297) |
2000 (290) |
7 |
40 |
一个 |
|
2450 (355) |
2400 (348) |
6 |
25 |
B |
|
18倪(Cast) |
1750 (255) |
1650 (240) |
8 |
35 |
|
无钴 |
|||||
200/250/300 |
1895 (275) |
1825 (265) |
11.5 |
58.5 |
C |
(1)热处理: 答:815°C保温1小时，480°C保温3小时， B: 815℃保温1小时，480℃保温12小时， C: 815℃保温1小时，480℃保温5小时。 |
|||||
马氏体时效钢的生产加工
顾名思义(马氏体+时效)，马氏体时效钢生产的关键步骤是老化(或热处理)。这包括将钢加热到大约1560°F(850°C)的温度，以形成完全的奥氏体相。随后缓慢冷却，形成马氏体微结构。由这两相产生铁素体和珠光体，并经水或油淬火快速冷却后形成马氏体。这种柔软的马氏体结构是马氏体时效钢具有高延展性和韧性的原因。淬火后的最后阶段是热老化强化，其中马氏体时效钢被加热到895°F(480°C)到930°F(500°C)之间的温度数小时[4]。
马氏体时效钢的应用
马氏体时效钢用于飞机和其他需要高强度重量比材料的工业应用。下表[1]列出了马氏体时效钢的一些最常见的应用。
表4。马氏体时效钢的不同应用领域。
生产工具 |
航空航天和飞机部件 |
铝和锌模具 铸造和锻模 硬质合金模座 挤出机冲压件，模具和容器 机床齿轮 指数板块 活塞 弹簧 存根轴 冷减心轴 |
锚rails 逮捕钩子 万向节环枢轴 火箭发动机案例 负载细胞 月球车减震器 普遍的曲 |
军事 |
其他人 |
火炮后坐力弹簧 轻型便携式军用桥梁 火箭发动机案例 |
赛车零件(杆、轴、齿轮) 铀浓缩装置部件(转子、轴) 有线电视插座 液压软管 泵叶轮和外壳 拉伸试验设备 超离心机转子 |
由于其特性和广泛的应用范围，包括在航空航天工业的广泛使用，马氏体时效钢最近被证明适合通过3D打印[5]制造零件。
来源
[1] Habiby, F.， ul Haq, A.，和Khan, A.Q, 1994, 18%镍马氏体时效钢的性能和应用，技术评论，第9卷，第246-252页
[2]沙伟，郭志明，2009，马氏体时效钢:组织、性能和应用的建模，伍德海德出版有限公司，剑桥，英国
[3]戴维斯，J.， 1995，”工具材料， ASM专业手册，ASM国际，[在线]
[4]莫里茨，ap, 2012，航空航天材料概论， Woodhead Publishing，[在线]
[5] Strakosova, A.， Kubásek, J.， Michalcová， A.， Pr˚uska, F.， Vojtech, D.， and Dvorsky, D.， 2019，雾化粉末选择性激光熔化制备高强度X3NiCoMoTi 18-9-5马氏体时效钢《材料》，第12卷，第4174号