马氏体时效钢的性能及应用

1.成分

马氏体时效钢是一种以铁、镍为基体的高合金钢，也是一种碳的质量分数极低，且具有高韧性的超高强度钢。其基本成分为w（C）＜0.03%、w（Ni）=1.8%～2.5%，并添加产生时效硬化作用的钛、铌、钼、铝等元素。根据镍含量，马氏体时效钢分为w（Ni）=18%、w（Ni）=20%、w（Ni）=25%三类。后两类由于性能较差，热处理工艺复杂，不如w（Ni）=18%应用广泛。在此类钢中，按照钢的强度又分为1400MPa、1750MPa和2100MPa三个级别，其化学成分和力学性能见表8-2。w（Ni）=18%的钢中起时效强化作用的合金元素是钛、铝、钴和钼。

在马氏体时效钢中碳及其他杂质（硅、锰、硫、磷）均有严格限制，以保证超高强度钢有足够的塑性和韧性，杂质对马氏体时效钢的性能影响较大，因此，一般高强度级别（2100MPa）的钢种。均采用真空熔炼，镍质量分数为18%的马氏体矢效钢中1750MPa强度等级的钢种可以在大气中熔炼。

表8-2 含镍18%钢的化学成分和力学性能

2.热处理

马氏体时效钢的热处理工艺包括两个基本工序：(www.xing528.com)

（1）加热 使钢得到奥氏体组织，并使合金元素能固溶于奥氏体中，进行固溶处理，然后淬火成含碳极低的马氏体。

（2）时效 借时效强化达到最后要求的强度。

镍的质量分数为18%的马氏体时效钢加热到800℃以上时，迅速转变为奥氏体。此钢的奥氏体合金化程度很高，过冷奥氏体很稳定，因此，一般采用空冷即可得到马氏体，硬度为28～32HRC。由于得到的基体是超低碳板条马氏体，因此，既具有高强度，还具有很高的塑性和韧性。这种组织的加工硬化率很低，故冷塑性变形和切削加工性良好。另外，还具有良好的焊接性，焊后不必重新固溶处理。由于上述优点，马氏体时效钢在固溶处理后可以施行各种成形手段，最后再进行时效处理。

镍的质量分数为18%的马氏体失效钢时效温度约为480℃，时效析出的强化相是Fe₂Mo、（FeNiCo）₂Mo、Ni₃Ti、Ni₃Mo等金属间化合物。利用这些强化相在碳化物极低的高镍马氏体中弥散析出达到强化，时效后获得高的强韧性。

马氏体时效钢合金化程度高，价格昂贵，目前主要用于航天和航空工业。