沉淀硬化不銹鋼是一類含沉淀硬化元素(Cu、Al、Ti、Nb)的鐵鉻鎳合金,可以通過熱處理強化,此類鋼具有高強度、足夠的韌性和適宜的耐蝕性。主要應(yīng)用于宇航工業(yè)和一些高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。 沉淀硬化不銹鋼可區(qū)分為馬氏體、半奧氏體和奧氏體沉淀硬化不銹鋼三種主要類型,近年來又出現(xiàn)了鐵素體沉淀硬化不銹鋼。在馬氏體沉淀不銹鋼中,基于馬氏體時效鋼的經(jīng)驗,近年來出現(xiàn)了馬氏體時效不銹鋼,與前者比較,后者碳含量較低,其強化手段主要是靠金屬間化合物析出,且熱處理簡單。
S46500、Alloy 465、Costom 465 是一種無鈷的馬氏體沉淀硬化不銹鋼,其時效峰值后的抗拉強度可達到1800MPa。Costom 465 不銹鋼具有優(yōu)異的缺口拉伸強度和斷裂韌性,應(yīng)力腐蝕抗力也比較好,其性能優(yōu)于Costom 455和PH13-8Mo鋼。該鋼于1997年取得專利,已用于軍用機的多個重要部件。
S46500、Alloy 465、Costom 465 不銹鋼適宜的鍛造溫度區(qū)間為1010~1093℃,鍛后空冷,經(jīng)固溶處理可以進行機械加工。推薦的Costom 465鋼的固溶溫度為(982±8)℃,保溫一定時間,然后快冷,截面尺寸在300mm以下時可在適當?shù)囊后w介質(zhì)中冷卻,更大尺寸時宜在空氣中快冷。固處理后應(yīng)在24h內(nèi)進行-73℃冷處理,保持8h,然后升至室溫。
為獲得最佳的切削加工性能,經(jīng)上述處理后再加熱至(760±8)℃保溫2h,空冷,再加熱至(620±8)℃保溫4h,空冷,此工藝被稱之為H1150M狀態(tài)。加工后的部件應(yīng)重新在982℃進行固溶處理和-73℃冷處理。該鋼的焊接性能良好。
S46500、Alloy 465、Costom 465 不銹鋼經(jīng)上述處理后應(yīng)進行時效,可在480~620℃進行,保溫4~8h,然后空冷或在適當?shù)慕橘|(zhì)中冷卻。該鋼經(jīng)480℃時效后可以得到最高的強度,但韌性較低,適宜的時效溫度應(yīng)選擇在510℃以上,可以得到良好的綜合力學性能。表9.61為Costom 465鋼棒材經(jīng)固溶處理和時效后的縱向力學性能。
將S46500、Alloy 465、Costom 465不銹鋼經(jīng)980℃固溶處理和在-73℃冷處理8h后,再進行不同溫度下保溫4h的時效處理,研究其組織的變化和性能的關(guān)系。當時效溫度高于300℃時,Costom 465 鋼強度隨溫度的升高而迅速提高,495℃時達到峰值強度,時效溫度超過495℃后,發(fā)生過時效。Costom 465鋼在時效過程中,其塑性和沖擊韌性的谷值出現(xiàn)在450℃時效時,時效溫度超過450℃后,鋼的塑性和韌性迅速提高。
S46500、Alloy 465、Costom 465 不銹鋼在溫度范圍200~300℃時效,鋼中的少量殘余奧氏體(約5%)未發(fā)生變化,時效溫度在400℃左右時,鋼中開始出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)變奧氏體。在400~590℃時效,鋼中奧氏體含量呈上升趨勢,時效溫度為510℃時,鋼中的奧氏體含量為10%左右。時效溫度在590℃時,鋼中已形成的逆轉(zhuǎn)變奧氏體已不穩(wěn)定,時效后降至室溫時,部分逆轉(zhuǎn)變奧氏體又轉(zhuǎn)變成馬氏體。Costom 465鋼在時效過程中出現(xiàn)硬化峰則與析出相的特性有關(guān)。研究表明,基體的析出相為針狀的具有六方晶體結(jié)構(gòu)Ni3Ti相,析出時與母相馬氏體存在共格或半共格關(guān)系,使鋼得到有效的強化。在高于510℃時效時,析出相逐漸聚集,540℃時效時析出相直徑小于20nm,而590℃時效時已長大到約70nm。
綜上所述,510℃時效后,可以獲得高的強度,而同時逆轉(zhuǎn)變奧氏體的形成可使鋼具有比較高的韌性。
S46500、Alloy 465、Costom 465 不銹鋼經(jīng)固溶處理后,其強度較低,可以直接進行冷變形,冷變形量可達70%,然后進行時效處理,可以得到高的強度(表9.62)。