【摘 要】
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18Ni300马氏体时效钢是一种先进超高强钢,广泛应用于航空航天、高端模具等领域。近年来,利用激光选区熔化（SLM）技术成型马氏体时效钢因高效率、个性化、性能优异等诸多优势而备受关注。然而,在实际服役过程中,SLM马氏体时效钢因具有极高强度而面临着氢脆风险,目前对其氢脆行为的认识尚不系统。为此,本文结合显微组织表征、硬度测试、拉伸试验、氢渗透实验、断口分析等手段,对比研究SLM和传统工艺成型18N
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18Ni300马氏体时效钢是一种先进超高强钢,广泛应用于航空航天、高端模具等领域。近年来,利用激光选区熔化（SLM）技术成型马氏体时效钢因高效率、个性化、性能优异等诸多优势而备受关注。然而,在实际服役过程中,SLM马氏体时效钢因具有极高强度而面临着氢脆风险,目前对其氢脆行为的认识尚不系统。为此,本文结合显微组织表征、硬度测试、拉伸试验、氢渗透实验、断口分析等手段,对比研究SLM和传统工艺成型18Ni300马氏体时效钢的显微组织和氢脆行为差异,以及不同时间（6,9,12h）和温度（390,490,590℃）时效处理对其显微组织、氢扩散和氢脆行为的影响规律。取得的主要结论如下:与常规马氏体时效钢相比,SLM马氏体时效钢兼具更高强度、更佳塑性和更优异的氢脆抗力。其更优抗氢脆性能主要得益于其独特的显微组织,即大量亚微米胞结构和更低的Σ3重位界面占比。一方面,亚微米胞结构可有效捕获氢,阻碍其向缺陷处富集,抑制裂纹萌生;另一方面,Σ3重位晶界降低不利于氢致裂纹扩展,进而提高钢的氢脆抗力。随时效时间增加,SLM 18Ni300马氏体时效钢的氢脆敏感性随时效时间延长先增大后减小,这与钢的强度与析出相的竞争作用有关:一方面,因时效时间延长导致钢强度升高会增加氢脆敏感性;另一方面,Ni3X析出相密度随失效时间延长而增加,会提供大量氢陷阱位点而提升氢脆抗力。其中,时效12h后,纳米析出相的有益作用远超过强度增加的不利影响,从而使钢表现出优异的氢脆抗力。随着时效温度的升高,SLM 18Ni300马氏体钢的氢扩散系数呈先减小后增大再降低的趋势,这主要归因于时效过程中析出相、逆转变奥氏体、胞结构的复杂变化,及其对氢扩散产生的耦合作用。经590℃时效处理后钢试样具有较好的氢脆抗力,主要与大量的奥氏体生成和较低的Σ3重位晶界占对氢脆的有利作用超过胞结构消失和Ni3X纳米析出相尺寸增大、数量减少对氢脆敏感性的不利作用。
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