00Cr12Ni9Mo4Cu2馬氏體時效不銹鋼的時效硬化行為研究

超高強度馬氏體時效不銹鋼是以無碳馬氏體相變強化和時效強化兩種效應疊加的結果，因而被廣泛應用于火箭發(fā)動機殼體、導彈和飛機等武器的重要構件中。

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)療器械領域成功應用。

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)組織和性能進行研究。

結果表明在37～850℃之間時效，硬度先增加后減小，在450℃下達到最大值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。