热加工与冷加(18Ni250介绍)

Posted 2023-06-02

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热加工与冷加(18Ni250介绍)

马氏体时效钢是超高强度钢之一。这种钢的突出优点是热处理工艺简单方便，固溶后机械加工后及时热处理变形小，加工性能和焊接性能好。马氏体时效钢的热处理工艺和性能见下表。近几年来，用马氏体时效钢制作模具较为广泛；但是在国内，这种钢主要用于精密锻模和塑料模具。

18Ni250性能

钢号固溶温度/时效温度/硬度HRC抗拉强度/MPa。

钢号	固溶温度/℃	时效温度/℃	硬度HRC	抗拉强度/MPa
18Ni(250)	815	482	50~52	1850
18Ni(300)	816	482	53	2060
18Ni(350)	816	510	57~60	2490
山东三耐	1317-	6787-	391

18Ni250主要成分

由于马氏体时效钢不是通过碳的过饱和固溶或碳化物沉淀来强化的，而是通过一些合金元素在时效时产生的金属间化合物沉淀来强化的，所以钢中的碳和硫、磷一样是有害杂质元素。碳含量越低越好，一般不超过0.03%(重要用途应低于0.01%)。钢的主要合金元素是镍、钴、钼、钛

在马氏体时效钢中，铬和锰可以部分替代镍和钴，而在最近发展起来的无钴钢种中，钨代钼或钒代钴。硅是一种杂质元素，其含量不应超过0.1%。铝一般作为炼钢过程中的脱氧剂加入，残留量在0.05%~0.2%之间。此外，微量元素可用于处理硼、锆、钙、镁和稀土元素，以改善钢的某些性能。

18Ni250强度等级

常用的典型马氏体时效钢按强度等级分类。

18Ni(200).18Ni(250).18Ni(300)和18Ni(350)是广泛实际应用的钢种。

18Ni250分类

具有高延性、高韧性和超高强度的钢种是马氏体时效钢，开发这种钢的材料理念是高纯度、高镍、超低碳钢。这样，即使在较小的冷却速度下，马氏体组织也可以淬火，具有优异的冲击抗力和断裂韧性。马氏体三大时效钢为：

18Ni250马氏体时效钢

这种钢有三种类型，屈服强度分别为1350MPa.1650MPa和1950MPa。这种钢的杂质含量很低，需要一次或二次真空冶炼。它还含有0.003%B.0.002%Zr和0.005%Ca，以去除杂质，帮助改善热塑性能。

热处理工艺包括850℃~870℃的固溶处理、空冷或水淬，480℃时效3h。除Co外，加入的合金元素都降低了Ms点，但Mf点可以保持高于室温，这样固溶后淬冷后就可以完全转化为马氏体。硬化相的时效析出主要是小片状，但也有一些。也可以产生严重的过时效，Co的作用是加强沉淀硬化，而Mo是时效硬化的主要元素。

调节时效温度和时间可以获得不同的强度。时效性温度过高(>600℃)，由于钢点低，会导致奥氏体形成，这种奥氏体由于高度合金化，使Ms点降低到室温以下，稳定保留。如需高强度，可在时效前对原低碳马氏体进行50%形变量的冷塑性变形

该钢在高抗拉强度下仍具有优异的冲击韧性，并具有强化缺口的作用，其缺口强度与抗拉强度之比在1.35~1.65之间。50%的冷变形加工可以在时效前提高到1700MPa.2000MPa和2100MPa。

18Ni250生产工艺

主要生产工艺有冶炼、热加工、冷加工、焊接、热处理和表面处理。

18Ni250冶炼

一般采用真空感应炉熔炼和真空自耗炉重熔双真空冶炼工艺。对强度等级低于1500MPa的钢种，可采用非真空冶炼或非真空冶炼加电渣重熔工艺。但是，对于高强度等级和重要用途的钢种，必须采用双真空冶炼技术。当真空自耗重熔时，应严格控制电流和熔池温度，以免钢锭出现严重的枝状偏析。

18Ni250热加工

马氏体时效钢在高温下具有良好的热塑性，其热加工性能1cr18Ni9Ti大致相同。对钛、钼含量高的钢种，钢锭凝固时容易发生这些元素的微观偏析，热加工后形成各向异性的带状显微结构。减少或消除微观偏析的有效措施是在选择合适的钢锭尺寸和热加工时进行充分的高温均质化处理。为防止Ti(C,N)等化合物沿奥氏体晶界沉淀而产生的高温缓冷脆性，热加工后应尽量避免工件在1100~750C温度范围内缓冷或停留。为终锻造应在较低温度(950~850C)下，以较大的变形量(大于25%)完成，以获得细晶粒和较好的力学性能。

18Ni250冷加工

冷加工性能在固溶状态下非常好。易于拉拔、冷轧、弯曲、深冲等加工。钢的加工硬化指数为0.02~0.03，低于普通钢。所以在加工过程中不需要软化退火就可以进行90%以上的冷加工。

18Ni250焊接

良好的焊接性能是马氏体时效钢的优点之一。几乎所有的焊接工艺都可以应用。焊丝成分与被焊钢成分基本相同，焊前无需预热，焊后无处理也无裂纹，直接时效后，接头系数可超过90%。

18Ni250热处理

简单的热处理工艺是马氏体时效钢的另一个重要优点。钢经热加工后，应在冷加工和时效强化前固溶。目的是溶解热加工后剩余的沉淀物，使基体溶解有足够的强化元素，获得均匀的高位错密度全马氏体组织。固溶温度一般为820~840℃，固溶时间为每25ram厚度1h，固溶后空冷，冷却速度对组织和性能影响不大。马氏体时效钢的高强度是通过时效处理获得的。时效性温度一般为480℃，强度等级高的钢种可采用510(C)，时效性时间为3~6h，时效性后空冷。时效性后，在马氏体基体上沉淀出大量弥散和超显微的金属间化合物，使材料强度翻倍，韧性损失小。

马氏体时效钢的性能也可以通过奥氏体变形、马氏体变形或两者结合来提高。奥氏体变形处理将奥氏体晶粒尺寸减小到10um以下，从而获得具有一定延性、强度大于3500MPa的马氏体时效钢。马氏体变形处理是在固溶后和时效前进行的，由于更多的位错，通常可以使强度提高200MPa。固溶前的马氏体变形可以细化奥氏体晶粒，提高钢时效后的强度。

18Ni250表面处理

如果不进行表面处理，马氏体时效钢的耐磨性和疲劳强度不如普通高强度钢。因此，这种用途的零件必须进行表面处理(气体渗氮、离子氮化或离子注入等)。离子氮化可使18Ni(250)钢滚动轴承的接触疲劳寿命提高1倍以上。

马氏体时效钢的应用已广泛应用于火箭发动机外壳、导弹外壳、铀同位素离心分离器、直升机起落架、高压容器、转轴、齿轮、轴承、高压传感器、紧固件、弹簧、铝合金挤压模具和铸件模具、精密模具、冷冲压模具等工模。