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微量元素对18Ni系马氏体时效钢的力学性能和微观组织的影响

穆波  
【摘要】:20世纪60年代以来,随着科技的发展,人类对设备和机器的性能有了越来越高的要求,随之出现的是强度更高,韧性更好的零件和材料。因此,超高强度钢的研究和制造是材料科学发展的重点之一。马氏体时效钢在获得了超高强度的同时,韧性自然有一定的损失,为了提高马氏体时效钢的力学性能,开发具有高强度的同时不损失韧性的新型马氏体时效钢显得极其重要。 本文在传统的18Ni(250)钢的基础上,添加了微量的Nb元素来改善材料的组织与性能;选用真空感应炉熔炼(VIM)与电渣重熔(ESR)相结合的精炼方式来降低材料中杂质元素的含量;考察微量元素对马氏体时效钢显微组织和力学性能的影响;观察应变速率对马氏体时效钢的SCC行为的影响;在TEM下进一步的观察新型马氏体时效钢的微观组织,并对其进行EDS能谱分析,确定析出相。 实验结果得出:传统的马氏体时效钢在吸铸过程中会产生带有枝晶偏析的铸态组织,但添加Nb元素的材料的偏析情况要好于传统的马氏体时效钢,这种铸态组织在高温均匀化处理(1050℃×2h)可被基本消除。含Nb的材料进行固溶处理(820℃×1h)+时效处理(480℃×5h)硬度达到最大值,其硬度达到HRC52.3。添加Nb元素使得材料的组织细化、均匀,进一步的改善了材料的力学性能。18Ni马氏体时效钢在应变速率6×10~(-7)s~(-1)~3×10~(-6)s~(-1)的时候延伸率敏感指数Iδ大于35%,表现出明显的应力腐蚀倾向,为氢脆敏感区,而应变速率为6×10~(-6)s~(-1)~1×10~(-5)s~(-1)的延伸率敏感指数I_δ分别为34.95%、29.16%,为潜在危险区。而试样在应变速率高于1×10~(-5) s~(-1)的时候,则表现出不明显的应力腐蚀倾向。TEM观察表明:18Ni马氏体时效钢中的主要析出相是沿基体{111}方向分布着的(Ni,Fe,Co)_3(Ti,Mo)型棒状析出物,其结构为Ni_3Ti的六角晶系和Ni_3Mo的正交晶系;由于添加Nb的原因,本应该在Ni_3Ti和Ni_3Mo粒子聚集长大并部分溶解时析出的Fe_2Mo型球状析出物提前出现,说明Nb元素有促进金属件化合物的粒子聚集长大的作用。18Ni马氏体时效钢通过在高度位错基体中时效析出纳米尺度沉淀相Ni_3(Ti,Mo)等而实现强韧化。


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