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15Ni马氏体时效工具钢超高强度钢模具钢化学成分
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司
更新时间：2013-08-05
马氏体时效钢是以无碳（或微碳）马氏体为基体的，时效时能产生金属间化合物沉淀硬化的超高强度钢。马氏体时效钢自问世以来，以其高强度、高韧性和良好的工艺性能在航天航空等领域得到了广泛的研究和应用，目前18Ni马氏体时效钢具有优良的特性，用途很广，德国也研究出了12Ni马氏体时效钢主要用作热作，日本研究了15Ni马氏体时效钢。国内用户使用进口的日本大同15Ni马氏体时效工具钢用于压铸、挤压模具，效果很好。
为了研究15Ni马氏体时效工具钢成分、组织、性能等，开展了初步研究。在73mm×33mm的试验料上取20mm×30mm化学成分试片，15mm×15mm的组织、性能试样4块，进行以下检验：通过光谱及化学方法分析了样品的化学成分。通过光学显微镜研究了样品在原始状态下的显微组织，并按ASTM E45标准检验了试样在原始态下的显微纯洁度。经816℃×2h油冷的固溶处理后进行显微组织检验。经816℃×2h油冷的固溶处理后，进行480℃×2h油冷时效处理。时效处理后进行样品的硬度（HRC、HV）测定和显微组织检验。
表1 15Ni样品的化学成分/%
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元素
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C
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Si
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Mn
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P
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S
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Ni
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Mo
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V
|
Cr
|
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数值
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0.004
|
0.08
|
0.02
|
0.007
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0.003
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14.75
|
4.82
|
0.02
|
-
|
|
元素
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Co
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Al
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Ti
|
W
|
B
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Zr
|
Ce
|
N
|
|
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数值
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10.31
|
0.02
|
0.06
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0.04
|
0.0014
|
0.009
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0.0001
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0.0020
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化学成分的检验结果如表1所示。从表1中可以看出15Ni属于典型马氏体时效钢，仅含有0.004%的碳。该马氏体时效工具钢，通过添加Mo，一方面是在时效时通过Ni3Mo的析出提高硬度，另一方面是把奥氏体的逆转变向更高的温度推移，从而使该钢得以在更高的温度下应用。Mo对提高高温下的使用强度也起着显著的作用。Co对马氏体时效钢的As、Af点几乎没有影响，但是每1%的Co使Ms点上升4℃。Co可促进Mo强化相的析出，Mo与Co配合才可充分发挥其强化作用。Ni对马氏体时效钢的基体无直接强化作用，Ni可以扩大奥氏体区，从而保证在固溶后的冷却中都生成板条马氏体，提高基体韧性和强度。
从15Ni在原始状态下的显微纯洁度照片可以看到只存在少量分散的点状夹杂物，还有一些呈球状的点状夹杂物聚集在一起呈环形，对提高模具钢镜面加工性十分有利。样品夹杂物含量也非常低，没有发现存在A类硫化物及C类硅酸盐夹杂物。从15Ni在原始状态、固溶状态和时效状态下的显微金相组织照片看到了板条状马氏体和弥散的强化相。
表2 不同热处理状态下的HRC、HV
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热处理状态
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洛氏硬度（HRC）
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维氏硬度（HV）
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||
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1
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2
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3
|
||
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原始态
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29
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30.5
|
30.5
|
326
|
|
固溶态
|
27.5
|
27.5
|
27
|
314
|
|
固溶时效态
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41.5
|
41
|
41.5
|
425
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15Ni在原始态、固溶态、固溶时效态下测得的洛氏硬度及维氏硬度如表2所示。从表2中可以看出通过热处理，固溶时效强化比固溶态的硬度高出了约35%，15Ni马氏体时效工具钢的硬度能够达到41.5HRC，对于塑料模具和热作模具还是足够高的，综合性能方面应该更强调的是高韧性。
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