00Cr12Ni9Mo4Cu2馬氏體時效不銹鋼的時效硬化行為研究

超高強(qiáng)度馬氏體時效不銹鋼是以無碳馬氏體相變強(qiáng)化和時效強(qiáng)化兩種效應(yīng)疊加的結(jié)果，因而被廣泛應(yīng)用于火箭發(fā)動機(jī)殼體、導(dǎo)彈和飛機(jī)等武器的重要構(gòu)件中。

瑞士Sandvik公司在90年代初研究開發(fā)了12Cr-9Ni-4Mo-2Cu的1RK91馬氏體時效不銹鋼，由于00Cr12Ni9Mo4Cu2具有高強(qiáng)度、高韌性、耐腐蝕性和抗過時效等優(yōu)點，已在電動剃須刀網(wǎng)孔刀片和外科醫(yī)療器械領(lǐng)域成功應(yīng)用。

以此為背景，本文熔煉了一種00Cr12Ni9Mo4Cu2馬氏體時效不銹鋼，并對獲得的試樣進(jìn)行了不同溫度的固溶處理、不同的冷加工變形和不同的時效處理制度，通過金相觀察、維氏硬度測試、X射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜分析(EDS)，研究了固溶處理溫度，冷加工變形量和時效工藝對其組織和硬度的影響，進(jìn)而確定鋼的最佳熱處理制度。 

研究表明，00Cr12Ni9Mo4Cu2馬氏體時效不銹鋼淬火后得到的仍是板條馬氏體，隨著固溶溫度的升高，晶粒尺寸增大，馬氏體數(shù)量增多。由于該鋼成分介于兩相之間，因此淬火后得到部分δ鐵素體組織，隨著固溶溫度的升高，δ鐵素體的形態(tài)從以網(wǎng)狀分布于晶界逐漸變成橢圓狀隨機(jī)分布，數(shù)量逐漸減少。能譜分析發(fā)現(xiàn)δ鐵素體內(nèi)的Cr、Mo、Ti含量均高于平均成分配比，而Ni含量則相反；馬氏體基體中則是Cu含量偏高。

此外，通過硬度測試后發(fā)現(xiàn)，固溶溫度對固溶態(tài)、冷加工態(tài)和時效態(tài)的硬度影響微弱，不同固溶溫度處理后硬度增量幾乎相同。最佳的固溶處理溫度為1050℃～1100℃之間。 對經(jīng)過冷加工變形后的試樣研究表明，時效前的變形是強(qiáng)化材料的有效途徑。隨加工變形量的增加，硬度近似線性增加；通過XRD分析后發(fā)現(xiàn)，該鋼具有應(yīng)變誘發(fā)馬氏體的特點，經(jīng)冷加工變形后馬氏體數(shù)量增加，且變形量越大，轉(zhuǎn)變數(shù)量越多。 其次，對時效態(tài)組織和性能進(jìn)行研究。

結(jié)果表明在37～850℃之間時效，硬度先增加后減小，在450℃下達(dá)到最大值655HV；高溫下時效材料表現(xiàn)出明顯的軟化現(xiàn)象，通過XRD進(jìn)一步分析后發(fā)現(xiàn)，軟化是由于產(chǎn)生大量逆轉(zhuǎn)變奧氏體造成的。同時，在450℃、475℃和500℃各溫度下時效初期，硬度迅速增加，450℃ 下時效2小時達(dá)到最大值，隨時效溫度的升高，材料越早表現(xiàn)出軟化現(xiàn)象。此外，通過掃描電境和能譜對不同時效溫度下的δ鐵素體組織進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)隨溫度升高，部分δ鐵素體互相合并長大，450℃下基體中各主要元素含量接近平均水平。最佳的時效處理制度為450℃下保溫2小時。