tam210a時(shí)效鋼18ni1900馬氏體時(shí)效鋼 雙真空冶煉工藝
tm210a鋼為18ni系列新型300級(jí)超高強(qiáng)度馬氏體時(shí)效鋼,具有較高的強(qiáng)韌性指標(biāo) 。國(guó)內(nèi)多采用vim+var工藝冶煉，雙真空熔煉(vim+var)：用vim法生產(chǎn)的鋼作var的電極，該電極自耗重熔后其純凈度又一次提高，同時(shí)改善內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)使之更均勻。其氧含量達(dá)8×10-6以下，與脫氣鋼比，它的材料致密度高，晶粒細(xì)小均勻，大大提高了力學(xué)性能。以上是優(yōu)先，缺點(diǎn)就是成本高了。以無(wú)碳（或微碳）馬氏體為基體的，時(shí)效時(shí)能產(chǎn)生金屬間化合物沉淀硬化的超高強(qiáng)度鋼。與傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼不同，它不用碳而靠金屬間化合物的彌散析出來(lái)強(qiáng)化。這使其具有一些的性能：高強(qiáng)韌性，低硬化指數(shù)，良好成形性，簡(jiǎn)單的熱處理工藝，時(shí)效時(shí)幾乎不變形，以及很好的焊接性能。因而馬氏體時(shí)效鋼已在需要此種特性的部門(mén)獲得廣泛的應(yīng)用。
tm210a鋼是冶金部鋼鐵研究總院研制出的目前強(qiáng)韌性能的馬氏體時(shí)效鋼，本鋼種的研制成功為我國(guó)18ni馬氏體時(shí)效鋼的系列化提供了新品種。該材質(zhì)的鍛件都為重要受力件，主要以齒輪為主，因此對(duì)這種材料內(nèi)部質(zhì)量要求很高。由于tm210a這種材料價(jià)格昂貴，所以鍛件加工余量一般比較小。先要求原材料合格，故對(duì)原材料鋼棒也進(jìn)行超聲波探傷，按照標(biāo)準(zhǔn)hb／z59超聲波檢驗(yàn)質(zhì)量等中的aa驗(yàn)收，不允許有線形缺陷存在。原材料表面光潔度差，但驗(yàn)收等高，這要求超聲波探傷儀及探頭的綜合靈敏度高、分辨力高，儀器水平線性、垂直線性好，定性定量準(zhǔn)確。
tm210a馬氏體時(shí)效鋼化學(xué)成分：碳c: ≤0.015;鎳ni: 17.50~18.50;鈷co: 9.50~10.50;鉬mo: 4.20~4.80;鈦ti: 0.82~1.02;鋁al: 0.05~0.15;鐵fe: 余量。
鋼號(hào)
固溶溫度/℃
時(shí)效溫度/℃
硬度hrc
抗拉強(qiáng)度/mpa
18ni(250)
815
482
50~52
1850
18ni(300)
816
482
53
2060
18ni(350)
816
510
57~60
2490
tam210a馬氏體時(shí)效鋼是超高強(qiáng)度鋼中的一種。這種鋼突出的優(yōu)點(diǎn)是熱處理工藝簡(jiǎn)單方便，固溶后先進(jìn)行機(jī)械加工再進(jìn)行時(shí)效，熱處理變形小，加工性能及焊接性能都很好。馬氏體時(shí)效鋼的熱處理工藝及性能見(jiàn)下表。近年來(lái)，國(guó)外用馬氏體時(shí)效鋼制作模具較為廣泛；但在國(guó)內(nèi)，由于馬氏體時(shí)效鋼含ni、co等貴重金屬元素，且含量高，價(jià)格昂貴，尚難以廣泛應(yīng)用。該類鋼主要用于精密鍛模及塑料模具。
既具有高的延性、韌性又能產(chǎn)生超高強(qiáng)度的鋼種是馬氏體時(shí)效鋼，研發(fā)這種鋼的材料學(xué)思路是高純凈、高鎳、超低碳的鋼。這樣，即使在較小的冷卻速度下也能淬火獲得馬氏體組織和具有優(yōu)良的沖擊抗力及斷裂韌性。三種主要馬氏體的時(shí)效鋼是：
nil8馬氏體時(shí)效鋼
這種鋼有三種型號(hào)，其屈服強(qiáng)度分別為1350mpa、1650mpa和1950mpa，這類鋼的雜質(zhì)含量很低，需要經(jīng)一次或二次真空冶煉。并含有0.003%b、0.002%zr和0.005%ca以清除雜質(zhì)并幫助改善熱塑變加工性能。
熱處理工藝包括850℃～870℃固溶處理，空冷或水淬，再在480℃時(shí)效3h。除了co之外，加入的合金元素都降低ms點(diǎn)，但可保持mf點(diǎn)高于室溫，這樣固溶化后淬冷下來(lái)都能全轉(zhuǎn)化為馬氏體。時(shí)效析出硬化相主要是小片狀
，但也有一些
。嚴(yán)重過(guò)時(shí)效也能生成
，co的作用是加強(qiáng)
引起析出硬化，而mo則是時(shí)效硬化的主要元素。
調(diào)整時(shí)效溫度、時(shí)間，可獲得不同的強(qiáng)度。時(shí)效溫度過(guò)高(>600℃)，因鋼的
點(diǎn)低，會(huì)引起奧氏體形成，這種奧氏體由于高度合金化，使ms點(diǎn)降低到室溫以下，而穩(wěn)定的保留下來(lái)。如果需要高強(qiáng)度，可以在時(shí)效前對(duì)原低碳馬氏體進(jìn)行50%形變量的冷塑性變形加工。
在高抗拉強(qiáng)度下，這種鋼仍具有優(yōu)良的沖擊韌性，而且具有強(qiáng)化缺口的作用，其缺口強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比在1．35～1．65之間。時(shí)效前進(jìn)行50%的冷變形加工，可將上述名義強(qiáng)度提高到1700 mpa、2000 mpa和2100mpa。
ni20馬氏體時(shí)效鋼
鋼的雜質(zhì)含量與nil8鋼相似，但ni含量較高，時(shí)效硬化元素不用mo和co，而是用1．5%ti、0．25%a1和0．5%nb來(lái)產(chǎn)生。這種鋼的ms點(diǎn)比nil8鋼低，但固溶處理淬冷到室溫后仍可充分發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變?？稍谝?8℃下冷卻處理或通過(guò)冷塑性變形(冷塑性變形可提高ms點(diǎn))來(lái)完成，這種鋼正常的時(shí)效硬化相是
和
。
ni25馬氏體時(shí)效鋼
這種鋼含25%ni和1．5%ti、0．25%a1或0．5%nb(亦可al、nb并用)，ms點(diǎn)低于或接近室溫。固溶處理后鋼的組織基本是奧氏體，所以應(yīng)在時(shí)效前將其轉(zhuǎn)化為馬氏體，為此可以采用兩種方法：
(1)奧氏體時(shí)效：加熱到700℃保持4h使其從奧氏體中析出
或
。于是奧氏體合金含量降低，ms點(diǎn)上升，隨后冷卻時(shí)奧氏體大部分轉(zhuǎn)化為馬氏體。如在時(shí)效硬化處理(480℃，3h)之前進(jìn)行一78℃冷處理，即可保證馬氏體轉(zhuǎn)變。700℃的奧氏體時(shí)效，由于形成
，使奧氏體硬化。但
相在
相變時(shí)會(huì)失去共格性，而且在隨后馬氏體時(shí)效硬化時(shí)，可以利用的ti，al都減小了，所以強(qiáng)度要低些。馬氏體時(shí)效處理時(shí)的析出相是η-
。
(2)冷塑變形加工加冷處理：奧氏體冷塑變形加工，變形量應(yīng)大于25%，才能提高ms—
的溫度區(qū)段，使該鋼在一78℃(干冰)或一196℃(液氮)冷處理時(shí)完成馬氏體轉(zhuǎn)變，這種加工處理充分發(fā)揮合金元素的析出硬化作用，可獲得強(qiáng)度高于奧氏體的時(shí)效處理
tam210a生產(chǎn)工藝
主要生產(chǎn)工藝有冶煉、熱加工、冷加工、焊接、熱處理和表面處理。
tam210a冶煉
一般采用真空感應(yīng)爐熔煉加真空自耗爐重熔的雙真空冶煉工藝。對(duì)于強(qiáng)度級(jí)別在1500mpa以下的鋼種，可以采用非真空冶煉，或非真空冶煉加電渣重熔的工藝。但對(duì)高強(qiáng)度級(jí)別和用途重要的鋼種，必須采用雙真空冶煉工藝。在真空自耗重熔時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制電流和熔池溫度，以免鋼錠產(chǎn)生嚴(yán)重的枝狀偏析。
tam210a熱加工
馬氏體時(shí)效鋼在高溫下具有良好的熱塑性，其熱加工性與1crl8ni9ti大體相同。對(duì)于鈦、鉬含量較高的鋼種，鋼錠凝固時(shí)容易發(fā)生這些元素的微觀偏析，熱加工后形成各向異性的帶狀顯微結(jié)構(gòu)。減輕或消除微觀偏析的有效措施，是選擇合適的鋼錠尺寸和熱加工時(shí)進(jìn)行充分的高溫均質(zhì)化處理。為了防止由于ti(c，n)等化合物沿奧氏體晶界析出引起的高溫緩冷脆性，熱加工后應(yīng)盡量避免工件在1100～750c溫度區(qū)間內(nèi)緩冷或停留。為了獲得細(xì)晶粒和較佳力學(xué)性能，終鍛應(yīng)在較低溫度下(950～850c)，以較大的變形量(大于25%)完成。
tam210a冷加工
在固溶狀態(tài)下冷加工性非常好。拉拔、冷軋、彎曲、深沖等加工都容易進(jìn)行。鋼的加工硬化指數(shù)為0.02～0.03，與普通鋼相比低一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，加工過(guò)程中無(wú)需軟化退火即可進(jìn)行90%以上變形量的冷加工。
tam210a焊接
良好的焊接性是馬氏體時(shí)效鋼的優(yōu)點(diǎn)之一。幾乎所有的焊接工藝都能適用。焊絲成分與被焊鋼成分基本相同，焊前不必預(yù)熱，焊后不處理也不會(huì)產(chǎn)生裂紋，直接時(shí)效后，接頭系數(shù)即可超過(guò)90%。
tam210a熱處理
熱處理工藝簡(jiǎn)單是馬氏體時(shí)效鋼的另一重要優(yōu)點(diǎn)。鋼經(jīng)熱加工后，在冷加工和時(shí)效強(qiáng)化之前應(yīng)進(jìn)行固溶處理。目的在于：溶解熱加工后余留的沉淀物；使基體溶有充足的強(qiáng)化元素；并獲得均勻的高位錯(cuò)密度的全馬氏體組織。固溶溫度通常采用820～840℃，固溶時(shí)間為每25ram厚度1h，固溶后空冷，冷卻速度對(duì)組織和性能影響不大。馬氏體時(shí)效鋼的高強(qiáng)度是通過(guò)時(shí)效處理得到的。時(shí)效溫度一般為480℃，強(qiáng)度級(jí)別高的鋼種可采用510¨c，時(shí)效時(shí)間為3～6h，時(shí)效后空冷。時(shí)效后在馬氏體基體上，析出大量彌散的和超顯微的金屬間化合物質(zhì)點(diǎn)，使材料強(qiáng)度成倍提高而韌性損失較小。
馬氏體時(shí)效鋼的性能還可通過(guò)奧氏體形變，或馬氏體形變，或兩者結(jié)合得到提高。奧氏體形變處理使奧氏體晶粒尺寸減小到10um以下，從而得到具有一定延性的，強(qiáng)度大于3500mpa的馬氏體時(shí)效鋼。在固溶后和時(shí)效前進(jìn)行的馬氏體形變處理，由于產(chǎn)生更多的位錯(cuò)，通?？墒箯?qiáng)度提高200mpa。固溶前的馬氏體形變，能細(xì)化奧氏體晶粒并增加鋼時(shí)效后的強(qiáng)度。
tam210a表面處理
如果不進(jìn)行表面處理，馬氏體時(shí)效鋼的耐磨性和疲勞強(qiáng)度并不比普通高強(qiáng)鋼好。因此對(duì)于這種用途的零件，必須進(jìn)行表面處理(氣體滲氮、離子氮化或離子注入等)。離子氮化可使18ni(250)鋼滾動(dòng)軸承的接觸疲勞壽命提高1倍以上。
應(yīng)用馬氏體時(shí)效鋼已在包括火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，殼體，鈾同位素離心分離機(jī)的高速轉(zhuǎn)簡(jiǎn)，直升飛機(jī)起落架，高壓容器，轉(zhuǎn)軸，齒輪，軸承，高壓傳感器，緊固件，彈簧，以及鋁合金擠壓模和鑄件模，精密模具，冷沖模等工模具等方面獲得廣泛的應(yīng)用。