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15Ni馬氏體時效工具鋼超高強度鋼模具鋼化學(xué)成分
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時間：2013-08-05
馬氏體時效鋼是以無碳（或微碳）馬氏體為基體的，時效時能產(chǎn)生金屬間化合物沉淀硬化的超高強度鋼。馬氏體時效鋼自問世以來，以其高強度、高韌性和良好的工藝性能在航天航空等領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用，目前18Ni馬氏體時效鋼具有優(yōu)良的特性，用途很廣，德國也研究出了12Ni馬氏體時效鋼主要用作熱作，日本研究了15Ni馬氏體時效鋼。國內(nèi)用戶使用進口的日本大同15Ni馬氏體時效工具鋼用于壓鑄、擠壓模具，效果很好。
為了研究15Ni馬氏體時效工具鋼成分、組織、性能等，開展了初步研究。在73mm×33mm的試驗料上取20mm×30mm化學(xué)成分試片，15mm×15mm的組織、性能試樣4塊，進行以下檢驗：通過光譜及化學(xué)方法分析了樣品的化學(xué)成分。通過光學(xué)顯微鏡研究了樣品在原始狀態(tài)下的顯微組織，并按ASTM?E45標準檢驗了試樣在原始態(tài)下的顯微純潔度。經(jīng)816℃×2h油冷的固溶處理后進行顯微組織檢驗。經(jīng)816℃×2h油冷的固溶處理后，進行480℃×2h油冷時效處理。時效處理后進行樣品的硬度（HRC、HV）測定和顯微組織檢驗。
表1???15Ni樣品的化學(xué)成分/%
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元素
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C
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Si
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Mn
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P
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S
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Ni
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Mo
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V
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Cr
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數(shù)值
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0.004
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0.08
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0.02
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0.007
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0.003
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14.75
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4.82
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0.02
|
-
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元素
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Co
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Al
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Ti
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W
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B
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Zr
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Ce
|
N
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數(shù)值
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10.31
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0.02
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0.06
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0.04
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0.0014
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0.009
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0.0001
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0.0020
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化學(xué)成分的檢驗結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出15Ni屬于典型馬氏體時效鋼，僅含有0.004%的碳。該馬氏體時效工具鋼，通過添加Mo，一方面是在時效時通過Ni3Mo的析出提高硬度，另一方面是把奧氏體的逆轉(zhuǎn)變向更高的溫度推移，從而使該鋼得以在更高的溫度下應(yīng)用。Mo對提高高溫下的使用強度也起著顯著的作用。Co對馬氏體時效鋼的As、Af點幾乎沒有影響，但是每1%的Co使Ms點上升4℃。Co可促進Mo強化相的析出，Mo與Co配合才可充分發(fā)揮其強化作用。Ni對馬氏體時效鋼的基體無直接強化作用，Ni可以擴大奧氏體區(qū)，從而保證在固溶后的冷卻中都生成板條馬氏體，提高基體韌性和強度。
從15Ni在原始狀態(tài)下的顯微純潔度照片可以看到只存在少量分散的點狀夾雜物，還有一些呈球狀的點狀夾雜物聚集在一起呈環(huán)形，對提高模具鋼鏡面加工性十分有利。樣品夾雜物含量也非常低，沒有發(fā)現(xiàn)存在A類硫化物及C類硅酸鹽夾雜物。從15Ni在原始狀態(tài)、固溶狀態(tài)和時效狀態(tài)下的顯微金相組織照片看到了板條狀馬氏體和彌散的強化相。
表2??不同熱處理狀態(tài)下的HRC、HV
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熱處理狀態(tài)
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洛氏硬度（HRC）
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維氏硬度（HV）
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1
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2
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3
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||
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原始態(tài)
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29
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30.5
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30.5
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326
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固溶態(tài)
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27.5
|
27.5
|
27
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314
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固溶時效態(tài)
|
41.5
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41
|
41.5
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425
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????15Ni在原始態(tài)、固溶態(tài)、固溶時效態(tài)下測得的洛氏硬度及維氏硬度如表2所示。從表2中可以看出通過熱處理，固溶時效強化比固溶態(tài)的硬度高出了約35%，15Ni馬氏體時效工具鋼的硬度能夠達到41.5HRC，對于塑料模具和熱作模具還是足夠高的，綜合性能方面應(yīng)該更強調(diào)的是高韌性。
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