18Ni-300马氏体时效钢的预处理与时效工艺优化：显微组织调控与力学性能协同提升

为解决马氏体时效钢（Maraging Steel）在强度-塑性平衡调控中的难题，研究人员通过冷轧（Cold Rolling）和预拉伸（Pre-Straining）等预处理结合时效（Aging at 460 °C/4 h）工艺，系统研究了18Ni-300钢的显微组织演变与力学性能。结果表明，50%冷轧+时效态试样实现了硬度541 HV0.5、屈服强度1826 MPa、延伸率12%的优异综合性能，揭示了逆转变奥氏体（Reverted Austenite）与析出相粗化（Precipitate Coarsening）的软化机制与位错强化（Dislocation Strengthening）的协同作用，为航空航天等高强材料设计提供理论指导。

　　

在航空航天和精密模具领域，超高强度材料的需求日益迫切，而18Ni-300马氏体时效钢（Maraging Steel）因其独特的低碳马氏体（bcc Martensite）基体和镍基金属间化合物（Ni₃X）析出强化特性，成为关键候选材料。然而，传统时效工艺难以兼顾强度与塑性，且预处理工艺对性能的影响机制尚不明确。印度理工学院鲁尔基分校的研究团队通过多尺度实验与机理分析，揭示了冷轧与预拉伸预处理对时效响应的调控规律，相关成果发表于《Materials Science and Engineering: A》。

研究采用溶液处理（Solution Treatment at 900 °C）+水淬（Water Quenching）制备初始马氏体组织，结合液氮深冷（Liquid Nitrogen Bath）消除残余奥氏体。通过冷轧（20%-50%变形量）和预拉伸（5%-10%应变）引入位错，随后在460-490 °C区间进行时效处理。利用X射线衍射（XRD）分析相组成，显微硬度计（HV_0.5）和拉伸试验机测定力学性能，并结合Hall-Petch公式与Taylor因子定量解析强化机制。

Solution-quenched state
溶液淬火态试样呈现典型马氏体（bcc）衍射峰，初始硬度303 HV_0.5、屈服强度732 MPa，延伸率达21.5%，证实低缺陷密度的软质基体特征。

Overview of strengthening mechanisms
通过σ_YS=σ₀+σ_GB+σ_d+σ_p模型量化强化贡献：位错密度ρ增至10¹⁵ m^-2时，σ_d可达450 MPa；而Ni₃Ti析出相间距λ≤10 nm时，σ_p贡献超600 MPa。

Conclusions
50%冷轧+时效试样因高位错密度与细密析出相协同作用，实现1826 MPa屈服强度与12%延伸率的最佳匹配。逆转变奥氏体（约8 vol%）通过TRIP效应（Transformation Induced Plasticity）延缓颈缩，而析出相粗化（λ>20 nm）导致Orowan绕过机制主导软化。

该研究首次系统阐明了预处理-时效协同调控马氏体时效钢性能的物理机制，提出的“缺陷工程+析出控制”双路径优化策略，为开发新一代超高强度钢提供了可复制的工艺范式。特别是冷轧工艺的工业化兼容性，使其在火箭壳体（Rocket Casing）等大构件制造中具有显著应用潜力。