一种梯度强化马氏体时效钢撞针及其制备方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种超高强高韧马氏体时效钢及其应用，其化学成分为(wt.％)：C：≤0.005％，Ni：17.5‑18.5％，Co：15.5‑16.5％，Mo：6.8‑7.2％，Ti：1.3‑1.7％，O+N≤0.004％，P≤0.005％，S≤0.005％，Fe：余量。采用本发明专利技术所述马氏体时效钢制备的梯度强化马氏体时效钢撞针，其使用寿命是传统材料撞针的10倍，具有优异的使用性能，具备广阔的应用前景。

Gradient hardening maraging steel firing pin and its preparation method

The aim of the present invention is to provide an ultra-high strength and high toughness maraging steel and its application. Its chemical composition is (wt.) The gradient strengthened maraging steel impact pin prepared by the maraging steel of the invention has a service life of 10 times that of the conventional material impact pin, excellent service performance and broad application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种梯度强化马氏体时效钢撞针及其制备方法
本专利技术属于合金钢领域，具体提供一种梯度强化马氏体时效钢撞针及其制备方法。
技术介绍
与高强度低合金钢相比，超高强度马氏体时效钢具有明显的性能优势，而由于其较高含量的合金元素，马氏体时效钢的材料成本同样很高。因此，如何充分利用马氏体时效钢的强度优势，降低结构材料的使用成本，是影响马氏体时效钢应用前景的关键。对于制备撞针等高强度结构件的材料而言，要求材料在具有高强度的同时要兼顾较高的韧性，而对于传统的单一组织结构的材料而言，随着强度的提高势必会伴随着材料韧性的降低，即无法实现高强度和高韧性的兼顾。这一难题是影响马氏体时效钢结构件使用寿命的根本原因，因此，马氏体时效钢一直无法得到企业的认可而实现产业化应用。因此，如何充分利用马氏体时效钢的合金化特点，调控马氏体时效钢的组织进而实现马氏体时效钢高强度和高韧性的兼顾，是提高马氏体时效钢结构件使用寿命的关键，也是影响马氏体时效钢应用前景的重要因素。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术在现有的超高强度马氏体时效钢基础上，通过优化合金元素配比，开发出一种抗拉强度达到2800MPa的超高强度马氏体时效钢，其化学成分为(wt.％)：C：≤0.005％，Ni：17.5-18.5％，Co：15.5-16.5％，Mo：6.8-7.2％，Ti：1.3-1.7％，O+N≤0.004％，P≤0.005％，S≤0.005％，Fe：余量。该合金可用于制备射钉枪上的撞针。本专利技术所述马氏体时效钢的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：真空熔炼—真空自耗—均匀化处理—锻造，其中：真空熔炼：合金元素均以高纯度纯金属的形式加入，将配料置于真空感应炉中进行真空熔炼、Ca处理和真空脱气，严格控制钢中杂质元素含量，之后浇铸成铸锭。真空自耗：将真空熔炼并浇铸成的钢锭加工成自耗电极，之后将自耗电极置于真空自耗电弧炉中完成真空自耗结晶重熔工艺过程。均匀化处理：将自耗重熔以后浇铸成的钢锭置于热处理炉中，将热处理炉升温至1000-1200℃，保温15-25h。锻造处理：均匀化处理后的钢锭进行锻造加工，锻造初始温度为1000-1250℃，终锻温度为700-900℃。本专利技术所述的超高强度马氏体时效钢，其力学性能优异，σb≥2800MPa，σ0.2≥2400MPa，δ≥9％，ψ≥30％。在制备的超高强度马氏体时效钢材料基础上，本专利技术提出了一种梯度强化马氏体时效钢撞针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：固溶处理—深冷处理—粗加工—梯度时效处理—精加工成型；其中：固溶处理：在840℃保温1h，空冷到室温；深冷处理：液氮中保温不少于5h；梯度时效处理：480-520℃梯度时效处理2h-4h(优选为500℃梯度时效处理2h)，空冷。其中，梯度时效处理工序是在箱式热处理炉上完成的，梯度时效处理过程中，撞针的头部处于热处理炉膛中，撞针头部的温度即热处理炉仪表显示的温度。而撞针的底部处于空气中，可以实现热量的较快扩散，从而使得撞针从头部到底部的长度方向上具有温度梯度。马氏体时效钢的高强度主要源于时效过程中析出纳米尺寸的析出相进而发挥其析出强化效应，在梯度时效处理过程中，由于撞针从头部到底部具有一定的温度梯度，因此在撞针的不同位置具有不同尺寸及数量密度的析出相分布，最终实现撞针在长度方向上强度的梯度变化。采用本专利技术所述工艺制备的梯度强化马氏体时效钢撞针，充分发挥了梯度组织的优势，实现了高强度与高韧性的兼顾，其使用寿命是传统材料撞针的10倍，具有优异的使用性能，具备广阔的应用前景。附图说明图1为梯度强化马氏体时效钢撞针尺寸示意图。图2为不同梯度时效工艺下撞针长度方向的硬度变化曲线。具体实施方式实施例中选用的材料是本专利技术中开发的超高强度马氏体时效钢，化学成分(wt.％)为：C：0.002％，Ni：17.8％，Co：16.1％，Mo：6.9％，Ti：1.5％，O+N≤0.004％，P：0.003％，S：0.002％，Fe：余量，制备工序如下：真空熔炼—真空自耗—均匀化处理—锻造。以下实施例中使用的材料均是经过此工序处理后，在得到的棒材基础上进行的。实施例1锻造后的棒材按如下步骤制备马氏体时效钢材料的高性能撞针。固溶处理：在840℃保温1h，空冷到室温；深冷处理：液氮(-196℃)中保温5h，然后取出恢复到室温；粗加工成型：以深冷处理后的棒材为原材料，根据图1所示撞针的设计尺寸，保证足够的加工余量的前提下，将棒材粗加工成产品的坯料件。时效处理：将产品坯料件置于480℃的热处理炉中梯度时效处理2h，取出后空冷到室温。精加工成型：时效处理后的坯料件，按照产品尺寸精加工成梯度强化马氏体时效钢撞针。实施例2锻造后的棒材按如下步骤制备马氏体时效钢材料的高性能撞针。固溶处理：在840℃保温1h，空冷到室温；深冷处理：液氮(-196℃)中保温5h，然后取出恢复到室温；粗加工成型：以深冷处理后的棒材为原材料，根据图1所示撞针的设计尺寸，保证足够的加工余量的前提下，将棒材粗加工成产品的坯料件。时效处理：将产品坯料件置于500℃的热处理炉中梯度时效处理2h，取出后空冷到室温。精加工成型：时效处理后的坯料件，按照产品尺寸精加工成梯度强化马氏体时效钢撞针。实施例3锻造后的棒材按如下步骤制备马氏体时效钢材料的高性能撞针。固溶处理：在840℃保温1h，空冷到室温；深冷处理：液氮(-196℃)中保温5h，然后取出恢复到室温；粗加工成型：以深冷处理后的棒材为原材料，根据图1所示撞针的设计尺寸，保证足够的加工余量的前提下，将棒材粗加工成产品的坯料件。时效处理：将产品坯料件置于520℃的热处理炉中梯度时效处理2h，取出后空冷到室温。精加工成型：时效处理后的坯料件，按照产品尺寸精加工成梯度强化马氏体时效钢撞针。实施例4锻造后的棒材按如下步骤制备马氏体时效钢材料的高性能撞针。固溶处理：在840℃保温1h，空冷到室温；深冷处理：液氮(-196℃)中保温5h，然后取出恢复到室温；粗加工成型：以深冷处理后的棒材为原材料，根据图1所示撞针的设计尺寸，保证足够的加工余量的前提下，将棒材粗加工成产品的坯料件。时效处理：将产品坯料件置于500℃的热处理炉中梯度时效处理4h，取出后空冷到室温。精加工成型：时效处理后的坯料件，按照产品尺寸精加工成梯度强化马氏体时效钢撞针。对比例锻造后的棒材按如下步骤制备马氏体时效钢材料的高性能撞针。固溶处理：在840℃保温1h，空冷到室温；深冷处理：液氮(-196℃)中保温5h，然后取出恢复到室温；粗加工成型：以深冷处理后的棒材为原材料，根据图1所示撞针的设计尺寸，保证足够的加工余量的前提下，将棒材粗加工成产品的坯料件。时效处理：将产品坯料件置于500℃的热处理炉中普通时效处理2h，取出后空冷到室温。精加工成型：时效处理后的坯料件，按照产品尺寸精加工成梯度强化马氏体时效钢撞针。按上述工艺制备得到的梯度强化马氏体时效钢撞针，经不同时效处理工艺后的性能差异较大。如图2所示，经梯度时效处理的撞针，在长度方向的硬度具有梯度变化特征，撞针头部的强度最高，距离头部的距离越远，强度越低。其实验测试结果如表1所示。表1不同时效工艺制备的撞针的测试结果时效处理工艺测试结果对比例500℃普通时效2h90万次后失效，撞针头部断裂实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高强高韧马氏体时效钢，其特征在于：所述马氏体时效钢的化学成分为重量百分比：C：≤0.005％，Ni：17.5‑18.5％，Co：15.5‑16.5％，Mo：6.8‑7.2％，Ti：1.3‑1.7％，O+N≤0.004％，P≤0.005％，S≤0.005％，Fe：余量。

【技术特征摘要】
1.一种超高强高韧马氏体时效钢，其特征在于：所述马氏体时效钢的化学成分为重量百分比：C：≤0.005％，Ni：17.5-18.5％，Co：15.5-16.5％，Mo：6.8-7.2％，Ti：1.3-1.7％，O+N≤0.004％，P≤0.005％，S≤0.005％，Fe：余量。2.一种梯度强化马氏体时效钢撞针，其特征在于：所述撞针由以下成分的马氏体时效钢制成，重量百分比：C：≤0.005％，Ni：17.5-18.5％，Co：15.5-16.5％，Mo：6.8-7.2％，Ti：1.3-1.7％，O+N≤0.004％，P≤0.005％，S≤0.005％，Fe：余量；其组织与强度沿长度方向呈现梯度变化特征。3.一种权利要求2所述梯度强化马氏体时效钢撞针的制备方法，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王威，田家龙，单以银，严伟，杨柯，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21