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马氏体时效钢中合金元素的作用

2013-01-11 17:54阅读:
马氏体时效钢中,合金元素的一个重要作用就是保证实现所需要的组织,并保证获得很好的力学性能。具体如下:
(1)加热固溶处理时,钢应在单相奥氏体区,同时,奥氏体中应溶解足够数量的合金元素,以便控制随后转变过程,为时效做好组织准备。
(2)奥氏体向马氏体转变终温度(Mr)应在室温以上,室温获得完全板条马氏体组织或含有少量残余奥氏体的板条马氏体组织。
(3)马氏体在时效过程中应能析出所需要的强化相,并能通过时效处理得到良好的强化效果。经过时效的组织应具有最佳的综合力学性能。与含钴马氏体时效钢相比,无钻马氏体时效钢的化学成分中除了Ni、i、MO、Ti合会元素的含量变化外,不同的钢种还增加了一些其他的强化元素,!zlCr、W、Mn、Cu等。马氏体时效钢中Ni元素的主要作用之一就是使基体获得含有高密度位错的板条马氏体。能否获得完全的板条马氏体和Fe.Ni平衡相图和亚稳态相图有直接关系。为Fe.Ni平衡相图,从图中可以看出,Fe.Ni合金加热到某温度以上时;如118%Ni时,温度高-T-600*C)就能获得单相奥氏体,从而使大量的合金元素溶解到奥氏体中去,为合会冷得到过饱和固溶体提供前提条件。马氏体时效钢在从奥氏体化温度(固溶处理)冷却时,到达Ms温度和形成马氏体以前没有任何其他类型的相变,淬透性与冷却速度无关。加入其他合金元素,则使Ms温度发生改变,但这并不改变转变与冷却速率无关这一特性。还可以知到丫_a的转变温度要L-a叫的转变温度滞后一个温度区间,这个温度滞后区间对马氏体时效钢至关重要,因为时效过程就是在这个温度区间进行的。在这个区间内没有逆变奥氏体生成,合金元素原子还有一定的扩散能力,可以偏聚成沉淀相析出,产生时效硬化。大部分级别的马氏体时效钢Ms在200—300=C度之间,并在室温时完全转变为马氏体。该马氏体为低碳体心立方(bcc)的高位错密度的板条马氏体,硬度较低,具有良好的延展性。
镍是奥氏体形
成元素,镍的存在扩大了奥氏体区。镍可以在马氏体时效钢中形成Ni3Ti、Ni3Mo等强化相,保证了高强度和高硬度,这样会消耗基体中的镍,如镍含量低于10%,则会引起韧性下降。对于无钴马氏体时效钢,为保证钢的强韧性,镍、钼、钛3元素含量应控制在一定含量范围之内。镍还可以提高位错密度,使螺型位错不易发生分解,保证位错的交滑移,是提高韧性的有效元素。为保证在马氏体时效钢在加热时获得单相奥氏体,冷却至室温获得的完全的马氏体,镍含量应在4.24%。当Ni含量高于30%,Fe.Ni马氏体会变成片状马氏体,使颦性下降。Ni含量大于18%会使Ms温度接近或低于室温,冷却后会有大量残余奥氏体,从而使时效后的强度降低1191,所以Ni含量一般不会超高18%。Cr是不锈钢的主要合金元素,对耐蚀性起着决定作用。其耐蚀性按照n/8规律作跃进式的突变,随着Cr含量的增加,不锈钢在氧化性介质中耐腐蚀能力相应增加。铬可以提高钢的淬透性,使C曲线明显向右移,从而降低了淬火的临界冷却速度,使钢的淬透性提高,并在室温就可以得到马氏体组织。Cr是强铁素体形成元素和缩小奥氏体区元素,在马氏体时效不锈钢中,C晗量一般在10%一--12%之间。如果C晗量过高,则固溶处理后将得不到全马氏体组织(含有部分铁素体组织),而铁素体的存在则会影响钢的热塑性,降低钢的强度并恶化钢的横向韧性和钢的耐蚀性。另一方面,Cr是降低Ms点元素。
Co属于奥氏体形成元素,在含钴马氏体时效钢中,能大量溶解于Y.Fe中形成开启的丫相区。Co提高马氏体时效钢的Ms,加入大量的Co可以保证马氏体时效钢在加入的Ni和其他合金元素的情况下,Ms点在200.300℃度之间。钴虽然固溶于基体,但并不形成金属间化合物,而与钼产生协作效应(synergisticeffect),其作用在于减少钼在马氏体中的固溶度,从而促进含钼金属间化合物的析出;另外,钴可以抑制马氏体中位错亚结构的回复,为随后的析出相形成提供更多的形核位置,使析出相粒子更为细小而又分布均匀。然而这并不说明钴钼的交互作用对韧性有贡献,至今还没有实验证明钴在提高强度的同时具有改善韧性的作用。因此马氏体时效钢中即使不含钴,也不一定会导致塑、韧性恶化,马氏体时效钢具有良好韧性是由于基体中含有较多的镍,促进位错的交滑移。

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