1 馬氏體時效鋼特性
1.1 馬氏體時效鋼鋼種基本介紹
常用的馬氏體時效鋼是18%Ni馬氏體時效鋼（Fe-18Ni-8Co-5Mo-0.1Ti-0.1Al（mass%））。馬氏體時效鋼經固溶處理，組織為奧氏體，在隨后的冷卻中轉變?yōu)轳R氏體。馬氏體組織經時效處理發(fā)生析出強化，即馬氏體時效。馬氏體時效鋼有18Ni、20Ni、25Ni等鋼種，但18Ni馬氏體時效鋼的應用最多。表1是18Ni馬氏體時效鋼中代表性的化學成分。
馬氏體時效鋼的基本成分最少有3個元素，可表示為Fe-X-Y。X是發(fā)生馬氏體轉變需要的元素，一般是奧氏體穩(wěn)定化元素Ni、Co。Y是析出需要的元素，如Y是Mo、Ti，則在鋼中形成金屬間化合物，使鋼強度增加。鋼中析出大量的金屬間化合物是馬氏體時效鋼高強化的有效方法。這些元素的添加量越多，析出強化的效果越大。
1.2 馬氏體時效鋼主要用途概要
與一般鋼種相比，馬氏體時效鋼的力學性能和加工性能優(yōu)良，并且容易進行熱處理，所以廣泛用于宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能、飛機等高端領域到汽車、各種壓力容器、工具等一般產業(yè)領域。具體的用途有飛機發(fā)動機傳動軸、火箭發(fā)動機殼體、塑料成形精密模具、汽車的CVT（無級變速器）金屬帶的環(huán)狀部件、高爾夫球桿頭等等。
1.3 18Ni馬氏體時效鋼性能要求
1）物理性質
表2是18Ni馬氏體時效鋼的物理性質。表2中所列的數(shù)值是18Ni馬氏體時效鋼代表性的物理性質，有時不同于實際制品的物理性質，對此應予以注意。
2）力學性能
18Ni馬氏體時效鋼的力學性能如表3。表中的鋼級250-350是0.2%屈服強度級別（單位kis，1kis約等于7MPa）。強度級別越高的鋼種中析出強化元素含量越大。析出強化量與Mo當量（Mo（%）+Co（%）/3+3 Ti（%））成正比。有研究結果表明，每1%的Mo當量可使鋼的強度約提高100MPa。但18Ni馬氏體時效鋼的強度級別主要通過Ti含量的調整實現(xiàn)。
YAG285是降低高價合金元素Mo、Co，添加Ti的高強度馬氏體時效鋼。馬氏體時效鋼的強度高、延性大，比強度大，并具有高韌性。此外，加工硬化性小，冷加工性優(yōu)良以及焊接性、切削性優(yōu)良。一般的馬氏體時效鋼的母相成分是基本不含C的Fe-Ni-Co。適量添加Mo、Ti，抗拉強度可達到約2000MPa。固溶處理狀態(tài)的馬氏體時效鋼的組織是含有高密度位錯的馬氏體。但由于不含C，硬度為300HV左右，質地柔軟，加工性和焊接性良好。時效處理的熱變形小，容易進行最終加工，具有高的比強度和良好的加工性。
2 馬氏體時效鋼熱處理
2.1 馬氏體時效鋼主要熱處理
馬氏體時效鋼熱處理由前述的形成馬氏體組織的固溶處理和形成金屬間化合物的時效處理兩個階段組成。固溶處理溫度是800-900℃。在升溫過程中，約從500℃開始，馬氏體發(fā)生奧氏體逆轉變。但事前經冷加工，鋼中存在應變時，提高加熱溫度，使奧氏體發(fā)生再結晶，可使晶粒微細化。逆轉變生成的奧氏體在隨后的冷卻中轉變?yōu)轳R氏體。馬氏體轉變的開始溫度（Ms點）約為200℃，轉變終了溫度（Mf點）約為100℃。合金元素含量多，Mf點接近于室溫，所以，如果固溶處理的冷卻終點溫度高，鋼中會殘留殘余奧氏體，導致鋼的抗拉強度下降。岡田等人得出了許多合金元素對Ms點、Mf點影響的公式。
時效處理溫度約為500℃。一般來說，時效處理溫度越低，時效硬度越高，但時效所需時間越長。因此，要根據鋼的性能要求和制造性要求，確定適宜的時效條件。含Co、Mo的馬氏體時效鋼最高強度狀態(tài)的組織是，有片狀Ni3Mo、Ni3Ti金屬間化合物微細析出。Mo、Ti形成的析出物直接起強化作用，Co以固溶狀態(tài)提高馬氏體組織韌性的同時，降低Mo的固溶度，起著促進Mo系金屬間化合物的時效析出作用。所以，Co間接地促進時效析出過程。
圖1是馬氏體時效鋼熱處理狀態(tài)組織圖。圖1（a）、圖1（b）是850℃×1h固溶處理后，經480℃×3h時效處理的微觀組織。圖1（a）是光學顯微鏡觀察的微觀組織。母相組織是板條馬氏體。在原始奧氏體晶粒內，有黑白襯度的板條束和板條塊。圖1（b）是透射電鏡（TEM）觀察的微觀組織。在母相板條馬氏體中有時效處理析出的數(shù)十nm的析出強化相Ni3Ti。
2.2 馬氏體時效鋼熱處理不良事例及防止措施
1）提高強度（提高疲勞強度）
現(xiàn)在，汽車CVT普遍使用的馬氏體時效鋼的強化機制主要是金屬間化合物（Ni3Ti、Ni3Mo）的析出強化。所以，在鋼中添加了各種合金元素。其中起很大強化作用的Ti是強活性元素，容易與N、C結合生成硬質非金屬夾雜物的氮化物（TiN）和碳氮化物（Ti（C、N））。這些硬質非金屬夾雜物是高周波疲勞的起點。日本日立金屬公司利用獨有的冶煉技術，使這些硬質非金屬夾雜物微細化，不成為疲勞起點，并且開發(fā)出不含Ti的、無硬質非金屬夾雜物的、更高強度的馬氏體時效鋼。開發(fā)鋼通過調整Al、Co含量，在鋼中生成彌散的Ni3Mo、NiAl相，大幅度提高了析出強化效果。此外，在鋼中添加Cr，使開發(fā)鋼可以與傳統(tǒng)馬氏體時效鋼一樣進行氮化處理。
2）提高延性
馬氏體時效鋼的特點是具有高強度和高延性。進一步提高馬氏體時效鋼延性的有效方法是晶粒微細化。優(yōu)化冷加工與熱加工的組合，可使鋼的晶粒微細化。此外，添加微量晶粒微細化元素B也可以使鋼的晶粒微細化。
4）提高韌性
提高韌性對于高強度的馬氏體時效鋼極為重要。提高馬氏體時效鋼韌性的根本方法是將鋼中的雜質降低到極限低的程度。
3 馬氏體時效鋼技術發(fā)展方向
馬氏體時效鋼具有高強度和高韌性的特點。但鋼中的雜質元素和非金屬夾雜物對鋼的強度和韌性有很大影響。為此，采用真空感應熔煉爐，以及采用真空電弧爐等進行重熔的特殊熔煉技術，有效地降低了鋼中的雜質元素和非金屬夾雜物。根據馬氏體時效鋼的用途，適宜地使用這些技術。
此外，開發(fā)出以飛機發(fā)動機部件用馬氏體時效鋼為基礎的高強度馬氏體時效鋼。開發(fā)鋼中添加C和碳化物形成元素，在傳統(tǒng)馬氏體時效鋼強化機制金屬間化合物之外，增加了碳化物強化機制，使開發(fā)的馬氏體時效鋼的強度進一步提高。
近年來，馬氏體時效鋼金屬粉末用于金屬積層造形領域?？梢灶A期，具有優(yōu)良性能的馬氏體時效鋼，將在金屬積層造形新技術領域得到廣泛的應用。
