PH13-8Mo高强不锈钢在不同温度时效后的析出相及其对力学性能的影响

PH13-8Mo高强不锈钢是一种典型的马氏体沉淀硬化不锈钢，它具有高的强度和硬度，以及良好的韧性、延性和耐蚀性能，广泛应用于海洋工程、航天、航空、核能等领域的机械零部件上。目前，国内还少有人针对PH13-8Mo高强不锈钢在不同时效处理后的析出相种类及形貌进行系统研究，因此本工作详尽地研究了PH13-8Mo高强不锈钢在不同温度下时效后析出相的种类和含量，分析了析出相对试验钢力学性能的影响规律，并给出了使其获得最佳综合力学性能的热处理工艺。

试验钢采用双真空冶炼工艺冶炼，然后经开坯后精锻成直径为50mm的棒材，其化学成分为（质量分数，%）C0.037，Mn0.005，Cr12.3，Ni8.31，Al1.2，Mo2.3，N0.0006。之后进行固溶、时效处理，固溶温度为925℃，保温1h，油冷，再在0℃保温1h；时效温度分别为510、540、550、565、595℃，空冷，各时效温度下均保温4h。

采用JEOL-2100F型高分辨率透射电镜观察不同时效处理后试验钢中析出相的种类、形貌与尺寸，并采用X射线衍射技术结合物理化学相分析方法对析出相的类型进行分析；采用Olympus-GX51型倒置光学显微镜观察不同温度时效处理后试验钢的显微组织；采用X射线衍射仪进行残余奥氏体含量的测定；参考GB/T228.1-2010在WE-300型液压拉伸试验机上进行室温拉伸试验，拉伸试样的直径为5mm；参考GB/T229-2007进行室温冲击试验，冲击试样的尺寸为10mm×10mm×55mm，开V型缺口。试验结果表明：

（1）随着时效温度从510℃升高到595℃，试验钢中的析出相含量逐渐增加，试验钢的抗拉强度和屈服强度逐渐降低，但其塑韧性则呈不断上升的趋势；固溶处理后再在540℃时效4h的试验钢具有最佳的综合力学性能。

（2）在510～595℃的时效过程中，试验钢中起强化作用的析出相是不同的，在低温（510℃和540℃）时效过程中，析出相主要为细小的六方结构的M2C；在中温（565℃）时效过程中，析出相为六方结构的M2C、面心立方的M23C6、Ni3Al以及体心立方结构的NiAl；在高温（595℃）时效过程中，析出相主要为面心立方的M23C6和体心立方结构的NiAl。

（3）试验钢在时效过程中析出的第二相粒子能起到阻碍位错运动的作用，提高试验钢的区分强度；时效过程中残余奥氏体含量的增加提高了试验钢的韧性。