通过离体与原位表征方法评估热处理对粉末冶金高温贝氏体年轻马氏体（PBF-LB）钢的微观结构和力学性能的影响

《Materials Characterization》：Evaluation of heat treatment effects on the microstructure and mechanical properties of PBF-LB maraging steel through ex-situ and in-situ characterizations

　　

G.C.C. Peinado|C.P. Carvalho|G.G. Ribamar|L.M. Feitosa|A.J. Ramirez|J.A. Avila|C.A.R.P. Baptista

圣保罗大学洛雷纳分校工程学院材料工程系（EEL/USP），Chiquito de Aquino市政大道1000号，Mondesir，12612-550 Lorena，巴西

摘要

18 wt% Ni 300级马氏体时效（Mar18Ni）钢材是一种高强度合金，兼具优异的强度和断裂韧性。然而，尽管这种合金在增材制造中得到广泛应用，但现有文献仍缺乏对不同后处理工艺（尤其是时效处理、奥氏体逆转变及其组合）对微观结构、奥氏体稳定性以及变形过程中的机械辅助相变影响的系统理解。这一空白尤为重要，因为通过粉末床熔融（PBF-LB）制造的马氏体时效钢可能具有亚稳态奥氏体、异质缺陷结构以及复杂的析出行为，这些特性与传统加工方式生产的钢材有所不同。为解决这一问题，本研究通过结合离体表征和原位XRD-拉伸实验结果，探讨了目标热处理如何调节强度、延展性和TRIP效应（应变诱发相变）之间的平衡。研究结果表明：在480°C下进行时效处理可促进纳米级金属间化合物的析出，从而提高强度；而在610–670°C范围内进行逆转变处理可通过恢复、部分再结晶及逆转变奥氏体的形成来增加延展性。同时进行逆转变和时效处理可得到介于两者之间的性能，实现强度与延展性的平衡。Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov（JMAK）分析显示不同条件下的相变动力学存在显著差异：原始状态下相变迅速且连续，而经过逆转变处理的合金相变过程则较为缓慢且稳定。空间分辨的XRD图谱证实，在原始状态下TRIP效应在材料内部均匀分布，但随着热处理后奥氏体稳定性的提高，该效应逐渐局部化。总体而言，研究结果表明，为了优化PBF-LB马氏体时效钢的TRIP效应并实现更好的机械性能平衡，控制亚稳态状态比单纯追求最大稳定性更为关键。