一种提高马氏体时效钢综合性能的热处理方法与流程

本发明涉及金属热处理领域。

背景技术：

马氏体时效钢具有超高强度、高塑韧性和无可比拟的高屈强比等优点；热处理工艺简单，无脱碳，热处理变形小；抗裂纹扩展能力强；焊接性能优异，几乎没有冷加工硬化现象，加工成本低，已广泛用于国防尖端技术领域，如火箭发动机壳体、高级精密仪器、模具、弹性体等重要零部件。

马氏体时效钢热处理工艺简单，一般为固溶加时效处理。某马氏体时效钢零件属于薄壁筒形件，其热处理方法是毛坯固溶加旋压后时效处理，存在的问题是抗拉强度极高，达到2000mpa，而表征塑性的断后伸长率却极低，处于2％～3％的水平，综合力学性能极差，不能满足使用要求。产生这一问题的原因是马氏体时效钢旋压前的毛坯固溶状态为等轴晶粒，晶粒度约5级，经过多道次旋压加工后，成为具有明显方向性的织构组织，导致时效后组织亦具有明显的方向性，沿旋压加工的方向上材料塑性极差。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种马氏体时效钢综合性能的热处理方法，通过增加一次旋压后的固溶处理，使得条带状织构组织回复为等轴晶粒，能够从根本上消除马氏体时效钢旋压后的严重织构组织，提高其综合力学性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)将旋压毛坯进行固溶处理，固溶处理的温度为860～920℃，加热时间为60～120min，加热结束后空冷，然后进行旋压；

(2)将旋压后的薄壁筒形件进行固溶处理，固溶处理的温度为810～840℃，加热时间为40～90min；

(3)将固溶后的薄壁筒形件进行时效处理。

本发明的有益效果是：在旋压后增加一次固溶处理后，材料经过高温加热，原来存在的严重织构组织回复再结晶为等轴晶粒，并且晶粒细化效果明显，晶粒度为6级以上，提升1～2个级别。由于本发明增加的这次固溶处理，消除了原材料旋压后存在的组织方向性，从本质上消除材料的各向异性，改善了材料塑性。在后续的时效过程中，金属间化合物在马氏体板条上弥散析出，达到强化的效果。最终时效后力学性能得到很大改善，抗拉强度降低为1800mpa～1900mpa，断后伸长率显著提高，达5％～7％。

附图说明

图1是现有技术中的薄壁筒形件加工流程图示意图；

图2是本发明的薄壁筒形件加工流程图示意图；

图3是毛坯固溶后组织金相图；

图4是旋压后组织金相图；

图5是旋压+时效后组织金相图；

图6是旋压+固溶后组织金相图；

图7是旋压+固溶+时效后组织金相图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明按照以下步骤进行：

(1)旋压毛坯固溶处理：将旋压毛坯装入加热炉中固溶处理，固溶处理的温度为860℃～920℃，加热时间为60min～120min，加热结束后空冷，目的使组织和硬度均匀化；

(2)旋压后固溶处理：将旋压后的薄壁筒形件装入空气炉中进行固溶处理，固溶处理的温度为810℃～840℃，加热时间为40min～90min，目的使得旋压产生的严重织构组织回复为细小的等轴晶粒；

(3)旋压固溶后时效处理：将固溶后的薄壁筒形件进行时效处理，目的使强化相时效析出，得到强度大于1760mpa、断后伸长率在5％～7％的力学性能。

本发明实例中的马氏体时效钢是由抚钢生产的t250型无co马氏体时效钢。

一种提高无co的t250马氏体时效钢综合力学性能的热处理方法，按照以下步骤进行：

(1)旋压毛坯固溶处理：将旋压毛坯装入加热炉中固溶处理，固溶处理的温度为870℃±10℃，加热时间为62min±2min，加热结束后空冷至室温；

(2)旋压后固溶处理：将旋压后的薄壁筒形件放入空气炉中进行固溶处理，固溶处理的温度为820℃±10℃，加热时间为42min±2min，加热结束出炉空冷至室温；

(3)时效处理：将固溶后的薄壁筒形件进行时效处理，时效处理的温度为500℃±10℃，加热时间为180min±5min，加热结束出炉空冷至室温。

对每个热处理状态分别作金相分析检测，组织见图3～图7，可以看出，毛坯固溶后组织为不同位向的马氏体板条(图3)，晶粒度为5级；旋压后组织变为条带状织构组织(图4)，方向性明显；直接时效处理并不能改变其方向性(图5)；增加本发明所述的固溶处理后，之前存在的严重织构组织回复再结晶为等轴晶粒(图6)，并且晶粒细化效果明显，晶粒度为6级以上，提升1～2个级别；在后续的时效过程中，金属间化合物在马氏体板条上弥散析出，达到强化的效果，条带状组织不复存在。最终时效后取力学性能试样，测试结果为，抗拉强度为1860mpa，断后伸长率为6.4％。综合性能优于未应用本发明的同状态试样测试结果(抗拉强度为1980mpa，断后伸长率为2.4％)。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种提高马氏体时效钢综合性能的热处理方法，将旋压毛坯进行固溶处理，固溶处理的温度为860～920℃，加热时间为60～120min，加热结束后空冷，然后进行旋压；将旋压后的薄壁筒形件进行固溶处理，固溶处理的温度为810～840℃，加热时间为40～90min；将固溶后的薄壁筒形件进行时效处理。本发明通过增加一次旋压后的固溶处理，使得条带状织构组织回复为等轴晶粒，能够从根本上消除马氏体时效钢旋压后的严重织构组织，提高其综合力学性能。

技术研发人员：郑淑丽;张志正;张鹏博;袁钰坤;李亚红;杨立合
受保护的技术使用者：西安长峰机电研究所
技术研发日：2018.10.26
技术公布日：2018.12.21