【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及超高強度鋼，具體涉及一種基于mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼及其熱處理工藝。
技術介紹
1、材料強度和塑韌性呈倒置關系，即材料強度提高時往往會導致其塑韌性下降，因此如何實現金屬材料強韌性的協同提升是一項極具挑戰的工作。細晶強化被認為是一種可以同時提升材料強度與韌性的方法，當晶粒細化至超細晶尺度時材料的強度可成倍提升，然而晶粒細化至該尺度時會導致材料應變硬化能力顯著下降，從而導致材料塑性顯著降低，仍表現出材料強塑性的矛盾。為了解決超細晶金屬材料中強度與塑性之間的制約關系的問題，學者們通過大量的實驗探索提出了“異構”金屬的概念，通過異構設計使材料在變形過程中引入更多的幾何必須位錯來提升材料的應變硬化能力，從而提高材料的強韌性。
2、“超細異構”強韌化是通過向超細組織中引入2種或2種以上具有顯著性能差異的組分單元來實現強韌性的協同提升。
3、公開號為cn1325685c的專利公開了一種馬氏體板條與奧氏體薄膜交替分布的異構材料，使材料的綜合力學性能得到顯著提升。廣義的異構包括組分間的異質性(如晶粒尺寸、晶體結構、晶體取向或化學成分等的差異)或組分單元的本征屬性、幾何形態、體積分數、空間排布方式等；常見的異質結構包括梯度結構、層狀結構、諧波結構、雙相結構等。
4、但目前利用“超細異質結構”設計提升材料強韌性的工作仍停留在實驗室階段，其主要原因是目前“超細異質結構”材料的制備依賴于大塑性變形，且變形溫度較低，材料的變形抗力較大，導致大截面尺寸材料制備困難；另一方面，這種依賴于大塑性變形制備
技術實現思路
1、為了克服以上現有技術存在的缺陷，本專利技術提出一種基于mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼及其熱處理工藝，該熱處理工藝具有無需大塑性變形且可制備大截面尺寸“超細異質結構”材料的特點。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：
3、一種基于mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼，mo元素在馬氏體鋼中不均勻分布，由富mo元素的馬氏體和貧mo元素的馬氏體形成異質結構，所述富mo元素馬氏體具有更高的強度，且富mo元素馬氏體尺寸在納米至亞微米量級，所述貧mo元素馬氏體強度相對較低但具有更好的塑性，從而構成所述超細異質結構馬氏體鋼。以重量計，所述馬氏體鋼的化學組成(wt％)為：c：0.4～0.7、mn：0.3～1.0、si：1.0～2.0、cr：0.2～1.5、ni：0.01～3.5、mo：0.2～0.8、p：≦0.03、s：≦0.03，其余為fe。
4、所述富mo元素馬氏體回火過程中有高密度(可達1016/m3以上)共格納米碳化物析出，而貧mo元素馬氏體中共格納米碳化物的析出密度相對較低，所述共格納米碳化物顆粒尺寸為2-5nm。
5、所述基于mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼屈服強度2000～2500mpa，抗拉強度2100～2700mpa，延伸率為6～12％。
6、一種基于mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼的熱處理工藝，包括以下步驟：
7、步驟1：預先熱處理
8、對上述成分范圍的合金進行正火處理或調質處理，得到具有層片狀或顆粒狀富mo滲碳體的珠光體類型組織的合金；
9、步驟2：快速加熱淬火
10、將步驟1中得到的珠光體類型組織的合金進行快速加熱奧氏體化處理，得到mo元素分布不均勻的超細奧氏體組織，即在超細奧氏體中存在納米/亞微米尺寸富mo區；并立即進行淬火處理，得到具有超細異質特性的淬火馬氏體組織，即富mo馬氏體和貧mo馬氏體及薄膜狀或粒狀殘余奧氏體；
11、步驟3：回火處理
12、將步驟2中制備的淬火馬氏體進行回火處理，得到具有超細異質結構特征的回火馬氏體組織。
13、對于步驟1中的預先熱處理，其包含以下工藝：
14、步驟1)預先熱處理加熱
15、將所述的合金材料隨加熱爐升溫至ac3溫度以上30～50℃并進行保溫處理，保溫時間視工件厚度而定，按1～1.5min/mm確定保溫時間；
16、步驟2)預先熱處理冷卻
17、將步驟1)中加熱后的合金材料出爐空冷至室溫或油淬冷卻至室溫，得到珠光體型組織或馬氏體組織；
18、步驟3)預先熱處理中二次加熱處理
19、將步驟2)中得到的珠光體或馬氏體組織加熱至600～700℃后保溫1～10h，然后出爐空冷至室溫，得到具有層片狀或顆粒狀富mo滲碳體的珠光體類型組織。
20、對于片層狀珠光體組織，600～700℃保溫1～10h處理可給mo元素擴散并富集于滲碳體提供足夠的時間，得到具有層片狀富mo滲碳體的珠光體類型組織；
21、而對于馬氏體組織，600-700℃保溫1～10h一方面可以為碳化物析出提供動力學條件，另一方面可以為mo元素擴散并富集于顆粒滲碳體提供足夠的時間，得到顆粒狀富mo滲碳體的珠光體類型組織。
22、對于步驟2中的快速加熱淬火處理，其包含以下工藝：
23、步驟1)快速加熱奧氏體化
24、將預先熱處理后的珠光體類型組織的合金快速加熱至ac3溫度以上30～80℃并保溫40～600s，加熱速率≥15℃/s；
25、由于富mo滲碳體溶解速度較慢及mo元素擴散速度較慢，奧氏體化加熱過程中富mo碳化物在溶解前可阻礙奧氏體晶粒粗化，富mo碳化物溶解后在其原位置附近一定尺寸范圍內會形成富mo區，因此可以得到mo元素分布不均勻的超細奧氏體組織，即在超細奧氏體中存在納米/亞微米尺寸富mo區。
26、步驟2)淬火
27、將上述奧氏體化處理后的合金立即油淬冷卻至室溫，得到具有超細異質特性的淬火馬氏體組織，即富mo馬氏體和貧mo馬氏體及薄膜狀或粒狀殘余奧氏體。
28、對于步驟3中的回火處理，其工藝為：
29、將上述工藝制備得到的超細異質特性的淬火馬氏體組織在200～350℃回火1.5～4h，得到超細異質結構回火馬氏體組織，納米/亞微米尺寸的富mo區中具有高密度共格納米碳化物(碳化物尺寸2-5nm)析出，基體中納米碳化物的析出密度相對較低。
30、本專利技術設計的合金通過上述工藝制備的基于mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼具有優異的強塑性：回火后貧mo馬氏體區析出碳化物密度較低，強度相對較低，塑性變形過程中可以提供塑性；而富mo馬氏體區析出碳化物密度較高，強度較高，可以提高材料的強度；同時由于這種異構組織尺寸又較小，其強度上的差異不會損傷材料的塑性，因此合金的屈服強度可達2000～2500mpa，抗拉強度可達2100～2700mpa，延伸率為6～12％。
31、本專利技術所提出的超細異質結構馬氏體鋼的制備方法基于合金設計和熱處理調控制備，不依賴于大塑性本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于Mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼，其特征在于，Mo元素在馬氏體鋼中不均勻分布，由富Mo元素的馬氏體和貧Mo元素的馬氏體形成異質結構，所述富Mo元素馬氏體尺寸在納米至亞微米量級。
2.根據權利要求1所述的一種基于Mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼，其特征在于，所述富Mo元素馬氏體具有更高的強度，所述貧Mo元素馬氏體強度相對較低但具有更好的塑性。
3.根據權利要求1所述的一種基于Mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼，其特征在于，以重量計，所述馬氏體鋼的化學組成為：C：0.4～0.7、Mn：0.3～1.0、Si：1.0～2.0、Cr：0.2～1.5、Ni：0.01～3.5、Mo：0.2～0.8、P：≦0.03、S：≦0.03，其余為Fe。
4.根據權利要求1所述的一種基于Mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼，其特征在于，所述富Mo元素馬氏體回火過程中有高密度(可達1016/m3以上)共格納米碳化物析出，而貧Mo元素馬氏體中共格納米碳化物的析出密度相對較低，所述共格納米碳化物顆粒尺寸為2-5nm。
5.根據權利要求1所述的一種基于
6.基于權利要求1-5任一項所述的一種基于Mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼的熱處理工藝，其特征在于，包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述的一種基于Mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼的熱處理工藝，其特征在于，對于步驟1中的預先熱處理，其包含以下工藝：
8.根據權利要求6所述的一種基于Mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼的熱處理工藝，其特征在于，對于步驟2中的快速加熱淬火處理，其包含以下工藝：
9.根據權利要求6所述的一種基于Mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼的熱處理工藝，其特征在于，對于步驟3中的回火處理，其工藝為：
...【技術特征摘要】
1.一種基于mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼，其特征在于，mo元素在馬氏體鋼中不均勻分布，由富mo元素的馬氏體和貧mo元素的馬氏體形成異質結構，所述富mo元素馬氏體尺寸在納米至亞微米量級。
2.根據權利要求1所述的一種基于mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼，其特征在于，所述富mo元素馬氏體具有更高的強度，所述貧mo元素馬氏體強度相對較低但具有更好的塑性。
3.根據權利要求1所述的一種基于mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼，其特征在于，以重量計，所述馬氏體鋼的化學組成為：c：0.4～0.7、mn：0.3～1.0、si：1.0～2.0、cr：0.2～1.5、ni：0.01～3.5、mo：0.2～0.8、p：≦0.03、s：≦0.03，其余為fe。
4.根據權利要求1所述的一種基于mo偏聚誘導的超細異質結構馬氏體鋼，其特征在于，所述富mo元素馬氏體回火過程中有高密度(可達1016/m3以上)共格納米碳化物析出，而貧mo元素馬氏體...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫俊杰，李凱輝，劉剛，代宗標，楊文浩，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：
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