时效时间对18Ni(250)力学性能的影响

　　18Ni 马氏体时效钢是现有材料中具有较高强韧性的钢种，由于具有冷热制造加工容易、焊接性能好等其他超高强度钢所不能比拟的优点，在航空、海洋开发、原子能等相关的产品及其他产品结构件中得到广泛应用[1-3]。

　　某零件材料为18Ni(250)挤压管，根据材料技术协议，材料经(815～925)℃固溶处理及(480±10)℃×(3±0.5)h时效后，零件的纵向抗拉强度应为σb≥1760MPa。但在实际处理过程，零件经820℃固溶处理及480℃×3h时效后，实测6件拉伸试样的抗拉强度分别为1732、1740、1717、1722、1698 和1710MPa，不符合材料技术协议的要求。按照CJB5513-2005，将18Ni(250)材料挤压管的时效规范调整为(480±5)℃×(6±0.5)h时效。

　　为了对比3h和6h时效材料性能的变化，以及延长时效时间对力学性能的影响，我们在不同时效时间下进行了以下的性能对比试验。

　　1 实验材料与方法

　　试样尺寸为外径230mm、壁厚50mm。挤压管试样的材料化学成分见表1。用RJX-45-9箱式炉(Ⅲ级/±10℃)对材料进行480℃×120min固溶处理，并空冷至室温; 按照GB228-2002对固溶后材料加工成短试样; 用RJ2-55-6井式回火炉(I级/±3℃)对拉伸试样进行时效，在WE-30强度拉压试验机上进行拉伸性能对比试验。

　　2 结果及讨论

　　2.1 不同保温时间的时效试验

　　在3、(3+3)和6h的时效对比试验中，每组装6件试样。试样的抗拉强度、伸长率的数据(平均值)如图1所示。 可以看出，在不同时效时间下，材料的抗拉强度提高，而伸长率下降;其试样拉伸试验的平均抗拉强度和伸长率对比结果如表2所示。可知，6h时效处理与3h时效处理相比，材料的抗拉强度提高了93MPa，伸长率下降了0.55%;而(3+3)h时效处理与6h 时效处理相比，材料的抗拉强度提高了36MPa，伸长率下降了0.7 %。

　　2.2 延长时效时间的时效试验

　　将拉伸试样的时效时间延长至9、12、15和18h，每组装2件试样，其试样的拉伸数据(平均值)如图2所示。可以看出，随时效时间延长，抗拉强度逐渐提高，伸长率缓慢下降。 时效时间延长至6～9h以后，材料的抗拉强度和伸长率逐渐趋于稳定;继续延长时效时间，材料的抗拉强度不再提高，伸长率不再下降。

　　2.3 结果分析及讨论

　　18Ni马氏体时效钢经热加工后，冷却至室温时，发生马氏体转变，而在随后的450℃以上时效处理过程中，伴随着马氏体过饱及固溶相中金属间弥散强化相Ni3Mo、Fe2Mo、Ni3Ti等化合物的析出，材料的抗拉强度会提高，而伸长率会下降。 但由于Ni3Mo、Fe2Mo、Ni3Ti 等金属化合物结合能高， 其析出过程缓慢，随着480℃时效处理时间延长，材料的抗拉强度会缓慢提高，而伸长率会缓慢下降，在金属间化合物析出接近完全时， 材料的力学性能趋于稳定，因此480℃时效是该材料正常的时效温度[2-4]。