回火工藝對AerMet340鋼性能和微觀組織的影響

目前，超高強度鋼仍然是材料科學前沿的研究熱點。在20世紀90年代，美國研制了二次硬化型超高強度鋼AerMet100鋼，該鋼具備目前最佳的強度和韌性配合，是目前綜合性能最高的材料之一，迅速成為航空、航天等高科技領域的首選材料，1999年美國又開發出強度更高的二次硬化型超高強度鋼AerMet310鋼（專利號US5866066），之后又研制抗拉強度達340ksi的AerMet340鋼并申報專利。為了推動我國超高強度鋼領域的不斷進步，瞄準世界前沿技術發展，有必要對新型二次硬化型超高強度鋼AerMet340進行系統的研究。

試驗AerMet340鋼采用真空感應冶煉，其主要化學成分為（質量分數，%）0.33C、2.18Cr、12.10Ni、1.85Mo、15.60Co，余量Fe。鋼錠經高溫擴散退火后，鍛造成材，經粗車加工后進行熱處理，熱處理工藝為：960℃固溶處理1h后油淬，經-73℃深冷處理1h后在空氣中回到室溫，然后在300～550℃范圍回火1～8h后空冷。為了與AerMet100鋼的峰值強度所對應的回火溫度作對比，特別研究了468℃、482℃兩個回火溫度點。采用力學性能測試、SEM、TEM、XRD等試驗方法研究了回火溫度和時間對二次硬化型超強度鋼AerMet340的力學性能及微觀組織的影響。試驗結果表明：

（1）AerMet340鋼的回火曲線呈現明顯的二次硬化現象，獲得最佳綜合性能的回火工藝為482℃×5h，經此工藝回火后試驗鋼的斷口形貌為韌窩+少量準解理。試驗鋼抗拉強度的峰值強度為2460MPa，峰值溫度為450℃，斷口為解理型；規定塑性延伸強度的峰值強度為2061MPa，峰值溫度滯后約20℃，約為468℃，斷口為準解理型。

（2）在低溫回火時，AerMet340鋼的組織主要由回火馬氏體和ε-碳化物組成，在高于468℃回火時，基體中觀察到彌散分布的細小針狀M2C碳化物，這是該鋼獲得高強度的主要原因之一。隨著回火溫度的升高，合金碳化物M2C的主要成分Fe、Cr、Mo含量明顯升高，使得M2C的晶格常數發生明顯變化，并逐漸脫離了與基體的共格關系。

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