一種馬氏體時效鋼的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種馬氏體時效鋼的制備方法。材料通過燃燒合成熔化技術制備，得到的馬氏體時效鋼成分為原子百分含量，13-15%Ni，1-5%Cu，余量為Fe。本發明所需設備簡單、有效節約鈷、鉬等稀缺資源，降低生產成本，制備的材料具有優異的力學性能，性能接近相應強度水平的含鈷馬氏體時效鋼。
【專利說明】一種馬氏體時效鋼的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及到一種馬氏體時效鋼的制備方法，該方法所需設備簡單、耗能低、周期 短、成本低，制備的材料具有優異的力學性能，可用作工程結構件，具有良好的應用前景。 技術背景
[0002] 馬氏體時效鋼依靠馬氏體組織和時效過程中析出金屬間化合物等第二相強化 而獲得超高強度。該類材料強度高，韌性好，硬化指數低，成形性良好，熱處理工藝簡單， 焊接性能良好。由于這些優異的性能，馬氏體時效鋼得到了廣泛應用。鐵鎳馬氏體時效 鋼通過鈷、鑰、鈦等元素的添加，時效強化得到屈服強度分別達到1400、1700、1900MPa的 18Ni(200)、18Ni(250)和18Ni(300)鋼。但是，由于鈷、鑰資源稀缺，價格上漲，馬氏體時效 鋼變異鋼種的開發得到了廣泛重視。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于以廉價的銅替代鈷、鑰等稀缺資源，制備高強度和良好塑性兼 備的馬氏體時效鋼的方法。
[0004] 一種馬氏體時效鋼的制備方法，通過燃燒合成熔化技術制備材料，其特征在于按 照質量百分含量 Fe20367. 63%-65. 55%、Ni8. 88%-9. 04%、A122. 85%-22. 15% 以及余量的 Cu 稱 取粉體狀反應物料，然后通過機械球磨混合均勻；將混合好的粉末在30-50MPa壓力下，壓 入金屬模具中，作為反應胚料，裝入燃燒合成爐中，在氬氣保護下加熱到200-230°C，然后充 入5-6MPa氬氣繼續加熱到250-260°C，通過引燃劑引發反應，弓丨燃劑占反應物料的質量百 分含量小于3%，其成分中硫酸鉀、鎂粉、二氧化錳的質量比為1. 5 :2 :1，反應后的高溫液體 產物快速凝固，得到納米馬氏體組織的合金，爐冷卻至室溫后，取出Fe-Ni-Cu合金產物，進 行時效處理，時效處理條件為在300-800°C時效處理1-3小時，然后空冷。
[0005] 本發明得到的馬氏體時效鋼成分為原子百分含量，13_15%Ni，l_5%Cu，余量為Fe。
[0006] 本發明所需設備簡單、有效節約鈷、鑰等稀缺資源，降低生產成本，所制備的材料 具有優異的力學性能，性能接近相應強度水平的含鈷馬氏體時效鋼。
[0007] 采用透射電子顯微鏡，場發射掃描電鏡和X射線衍射等方法表征其組織結構。材 料由馬氏體板條組織構成，時效后板條中析出納米尺寸的銅析出相。
[0008] 性能測試。維氏硬度測定條件：載荷300 g，加載持續時間10 s ;壓縮強度試樣尺 寸4>3mmX4.5mm，壓頭下移速度O.lmm/min。本發明制備的材料性能的離散度不大于10%， 材料性能重現性好。
[0009] 所制備材料時效前硬度3. 5-3. 7 GPa，壓縮屈服強度1200_1300MPa，壓縮強度 1400-1500MPa，塑性0? 41-0. 42。在300-800°C時效處理2小時，500°C時效處理后強度最 高，壓縮屈服強度1800-1900MPa，壓縮強度2200-2500MPa。以儲量豐富的銅作為時效強化 元素，通過時效過程，使得鐵鎳馬氏體時效鋼的強度提高近800MPa，達到節約稀有資源和節 約成本的目的。
[0010] 本發明的特點之一是，材料強度高，塑性好，如附圖1、2所示。
[0011] 本發明的特點之二是，制備方法所需設備簡單、耗能低、周期短、成本低。
[0012] 本發明的特點之三是，以儲量豐富的銅作為時效強化元素，達到節約稀有資源和 節約成本的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1為Fe84Ni15Cu1合金在300-800°C時效處理后硬度的變化曲線。
[0014] 圖2為Fe84Ni15Cu1合金在500°C時效處理前（origin)和500°C時效處理后 (aging)壓縮強度曲線。
【具體實施方式】
[0015] 實施例1 : 按配方稱取（質量百分含量）Fe2O3 67. 63%，Ni 8. 88%，Al 22. 85%，Cu 0.64%的粉體狀 反應物料球磨混合8小時。混合均勻的物料于金屬模具中在30MPa壓力下壓實成反應胚體。 將裝有反應坯體的模具置于反應容器中，用氬氣吹洗反應容器。在反應容器中將反應物胚 體加熱到200°C，在此溫度保溫30分鐘，從容器中排出從反應物胚體表面脫附的氣體，然后 通入5MPa氬氣，將反應物胚體繼續加熱到260°C，在此溫度下引燃劑引發鋁熱反應，反應過 程在數秒完成。引燃劑占反應物料的質量百分含量小于3%，其成分中硫酸鉀、鎂粉、二氧化 錳的質量比為1. 5 :2 :1。反應完成后所制備的材料隨反應容器冷卻至室溫，制得鐵鎳基馬 氏體合金。將所得合金于馬弗爐中在500°C時效處理2小時，材料強度大幅度提高，具體參 數于下表中列出。
[0016] 表I FeiQQ_15_xNi15Cux( X=l at.%)馬氏體時效鋼時效前后力學性能參數
【權利要求】
1. 一種馬氏體時效鋼的制備方法，通過燃燒合成熔化技術制備材料，其特征在于按照 質量百分含量 Fe20367. 63%-65. 55%、Ni8. 88%-9. 04%、A122. 85%-22. 15% 以及余量的 Cu 稱取 粉體狀反應物料，然后通過機械球磨混合均勻；將混合好的粉末在30-50MPa壓力下，壓入 金屬模具中，作為反應胚料，裝入燃燒合成爐中，在氬氣保護下加熱到200-230°C，然后充入 5-6MPa氬氣繼續加熱到250-260°C，通過引燃劑引發反應，引燃劑占反應物料的質量百分 含量小于3%，其成分中硫酸鉀、鎂粉、二氧化錳的質量比為1. 5 :2 :1，反應后的高溫液體產 物快速凝固，得到納米馬氏體組織的合金，爐冷卻至室溫后，取出Fe-Ni-Cu合金產物，進行 時效處理，時效處理條件為在300-800°C時效處理1-3小時，然后空冷。
【文檔編號】C22C33/02GK104451343SQ201310416944
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】楊軍, 劉維民, 康永海, 馬吉強, 畢秦嶺, 李斐, 符立才, 朱圣宇 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所