[发明专利]用混合硬化制造马氏体钢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造马氏体钢的方法，所述马氏体钢包含其他金属含量，使得该钢可通过金属间化合物和碳化物析出而被硬化，其中Al含量在0.4％与3％之间。

背景技术

对于特定的应用，特别是用于飞机引擎传动轴，有必要使用在高达400℃时具有非常高的机械强度(屈服强度)，同时具有良好的抗脆性断裂性能(高硬度和延伸性)的钢。

一种这样的马氏体钢由文献US 5,393,488而得知，其包括其他金属成分，以使其可通过金属间化合物和碳化物析出而被硬化。此种钢按重量的组成成分如下：10～18％的Ni，8～16％的Co，1～5％的Mo，0.5～1.3％的Al，1～3％的Cr，小于0.3％的C，小于0.1％的Ti，其余为Fe。

此种钢的缺点为其成本较高，因为其具有较大的Co含量。

另一种已知的马氏体钢包含其他金属成分，以使其可通过金属间化合物和碳化物析出而被硬化。其成分在文献FR 2,885,142中给出如下(重量百分比)：0.18～0.3％的C，5～7％的Co，2～5％的Cr，1～2％的Al，1～4％的Mo+W/2，极少量～0.3％的V，极少量～0.1％的Nb，极少量～50ppm的B，10.5～15％的Ni(Ni≥7+3.5Al)，极少量～0.4％的Si，极少量～0.4％的Mn，极少量～500ppm的Ca，极少量～500ppm的稀土金属元素，极少量～500ppm的Ti，极少量～50ppm的O(由熔融金属发展)或～200ppm的O(通过粉末冶金发展)，极少量～100ppm的N，极少量～50ppm的S，极少量～1％的Cu，极少量～200ppm的P，其余为Fe。

此钢FR 2,885,142具有很高的机械强度(断裂载荷可从2000Mpa～2500Mpa)，同时具有良好的弹性(大于180·10³J/m²)，以及与韧性和疲劳行为等其他性质的良好折衷。

然而，由发明人进行的针对此种类型钢的疲劳测试的结果显示，无论对于低循环疲劳(应力频率在1Hz左右)还是振动疲劳(大于50Hz)，对于每个所施加的变形应力水平，寿命值(对应于导致所述钢的疲劳测试件断裂的循环数)都具有很大的离差。因此，在统计意义内的疲劳寿命(限制由此钢制成的零件的寿命)的该最小值仍然很低。

发明内容

本发明致力于解决这些缺点。

本发明的目的在于提供一种生产此种类型钢的方法，该方法可减小此种类型钢的疲劳行为离差，并增加其平均疲劳行为值。

此目的的实现得益于该方法使得最后热成形操作的热成形温度小于所述钢中氮化铝的溶度温度，在所述最后热成形操作后的各可选热处理的热处理温度小于所述钢中氮化铝的固态溶度温度。

通过此方法，在最后热成形操作(例如锻造)后，以片或针形式的钢的每表面单位不希望出现的氮化铝沉淀物的数量在统计学上是可以忽略的，并可估计为每mm²小于10^～12单位。

实际上，发明人已注意到，在氮化铝(AlN)的沉淀物当中，片(或针)形式是不希望的，因为它们在钢受到疲劳应力时作为应变集中点，从而减小启动裂纹传播所需要的能量。发明人还注意到当铝和氮在由一高于AlN沉淀物的固态溶度温度的温度冷却过程中再结合时的不希望出现的AlN沉淀物。

得益于根据本发明的方法，不希望的AlN沉淀物在最后热成形操作(例如锻造)过程中不形成，因为该最后热成形操作在低于所述沉淀物固态溶度温度的温度下进行。而且，在此最后热成形操作前在钢中存在的任何不希望的AlN沉淀物(在可能以高于AlN固态溶度温度的温度进行的之前操作过程中形成)通过所述最后热成形操作而破碎成碎片，它们的尺寸在空间三维方向具有相同数量级，并且它们相互间隔开。这些碎片因此不足以能够成为将导致钢过早报废的破裂开始的位置。

其结果是，在最后热成形操作末端的所不希望的AlN沉淀物(以片或针形式的沉淀物)的比例可以忽略，使得这些沉淀物可不再作为破裂的起始位置。而且，这些不希望的AlN沉淀物在该最后热成形操作后不重新形成，因为该钢在任何后续热处理过程中温度都不再上升到AlN固态溶度温度之上。这因此使最小疲劳寿命值以及疲劳寿命持续时间的平均值增加。

本发明还涉及包含其他金属含量的金属钢，使其可由金属间化合物和碳化物沉积而被硬化，其中Al的含量在0.4％～3％之间。