摘  要：通过调整AFl410钢Mo的质量分数到3．0％，得到试验钢，对试验钢不同时效温度的性能进行了初步的研究。试验结果表明，与AFl410钢相比较，当Mo的质量分数为3％时，试验钢的二次硬化效果显著，在460℃时效时达到硬化峰值，峰值硬度为HRC 53．5，比AFl410钢的峰值硬度提高了1．5(HRC)。

关键词：AFl410钢；Mo含量；力学性能；二次硬化

    二次硬化现象是指添加碳化物形成元素(如Cr、Mo、W、V、Nb、Ti等)的马氏体钢淬火后于400℃以上温度回火时出现的硬度升高或降低缓慢的现象，造成这一现象的原因是特种合金碳化物的析出。二次硬化现象的一些特征还与合金元素的添加量有关。Mo是形成二次强化相的主要元素，在回火过程中，析出的M₂C型碳化物具有弥散析出强化效应，不仅提高强度，而且保持很高的韧性。当钼含量低时，则二次硬化效应不足；同时一些研究也发现，Mo的质量分数为3％时二次硬化效果显著，高于3％时二次硬化效果提高不多。Mo含量的变化对二次硬化峰值的影响如图1所示。

    美国的AFl410钢是含Co 14％、Ni 10％和Mo0．9％～1．1％(质量分数)的马氏体超高强度钢中最为典型的一类钢，它是美国80年代研制成功的低碳高合金高韧性二次硬化型超高强度钢，经标准热处理制度(860℃×1 h，油淬＋(－73)℃×1 h，深冷，升温至室温+510℃×5 h，空冷)后，R_m=1 665MPa。为了进一步提高二次硬化效果，笔者对AFl410钢的成分作了适当调整，主要是将Mo的质量分数调整为3％，从而得到试验钢，并与AFl410钢进行比较，研究Mo含量对AFl410钢性能指标的影响。

1  试验材料与方法

    试验用料由25 kg真空感应炉制备，其主要化学成分(质量分数，％)为C 0．16，Ni 10．0～11．0，Cr 2．0，Mo 3．0，Co 14．0。

锻造后的试验料经过670℃退火处理后粗加工成所需试样。对粗加工所得试样采用的热处理制度为：950℃×1 h，油淬+(－73)℃深冷处理后，进行不同温度的时效处理，保温时间为5 h，热处理后对试样进行精加工。最终拉伸试样尺寸为d=5 mm，l=5d；冲击试样为10 mm×10 mm×55 mm，开V形缺口。拉伸和冲击试验均在室温下进行，随后在JSM－6400型扫描电子显微镜下观察金相。最后对相应的力学性能、显微组织和断口形貌特征等进行分析。

2   试验结果与分析

2．1  力学性能

    试验钢和AFl410钢在不同时效温度下的硬度曲线如图2所示。由图2可以看出，试验钢和AFl410钢在300～600℃的变化趋势基本一致，随着时效温度的升高，硬度曲线并非随着时效温度的升高呈下降趋势，呈现明显的二次硬化特征。试验钢的硬度从430℃的HRC 48．5升高到450℃的HRC51．5，460℃时效时硬度达到峰值HRC 53．5，随后随着时效温度的升高，硬度下降；AFl410钢在480℃时效时硬度达到峰值HRC 52，随后随着时效温度的升高，硬度下降。

2．2  断口形貌

    试验钢和AFl410钢冲击试样断口的扫描电镜照片如图3所示。AFl410钢在510℃时效时的断口形貌为大而深的韧窝。试验钢在480℃时效时的断口形貌也主要是韧窝，存在少量的准解理形貌，韧窝较浅，在变性时吸收储存能量少从而导致冲击功(A_K)下降，如表1所示；同时，观察试验钢的断口，可以观察到少量的沿晶断裂，这可能与Mo含量高有关。

    由于试验钢和AFl410钢碳的质量分数低，仅为0．16％，这保证了在一般情况下生成完全的板条马氏体，在时效状态下均为板条状，从而保证了良好的综合性能。

    钢中加人合金元素的主要作用并不在于取得置换固溶强化效应，而是为了提高过冷奥氏体的稳定性，即提高马氏体的淬透性，以及适当降低M_s点，减少马氏体自回火趋势，增加马氏体的稳定性，从而间接裨益于强化作用。强碳化物形成元素如．Mo、Cr等产生二次硬化效应，向钢中加入一定量的这些元素，由于在高温回火阶段内稳定的合金碳化物的弥散析出，将使材料在较高温度下仍保持较高的强度。在二次硬化反应过程中，形成针状的、具有六方结构的M₂C(Mo的碳化物)，并且其长方向沿基体α—Fe的(100)方向。淬火马氏体在150～300℃时效，析出ε－碳化物。这种碳化物对韧性、塑性影响不大，但高于300℃时效,ε-碳化物溶解，形成Fe₃C，明显地降低塑性和韧性，随着时效温度的继续升高，Fe₃C逐渐溶解，M₂C析出，对于AFl410钢来说，在510℃时效析出的M₂C有显著的二次硬化作用，M₂C呈针状弥散分布。对于试验钢来说，由于Mo的质量分数提高到了3％，而Mo的过时效速度较低，因此在460℃时效时达到时效峰值，二次硬化效果很显著，比AFl410钢提高了1．5(HRC)。由时效峰值HRC与未时效HRC的比值(AFl410钢为1．08，试验钢为1．13)可以看出，时效后试验钢的析出强化效果明显高于AFl410钢。

    析出强化的一个显著特点是随着溶质原子的增多，强度、硬度上升，而塑性、韧性下降。因此，为了使钢既具有较高的强度，又有适当的塑性，对溶质浓度应当加以控制。

3  结论

      当试验钢中Mo的质量分数调整到3.0％时，二次硬化效果明显高于AFl410钢，峰值硬度提高了1．5(HRC)，析出强化效果也明显高于AFl410钢。