17-4PH为代表的马氏体沉淀硬化不锈钢具有高强韧性、优良的耐蚀性、抗氧化和优良的成型性及可焊接性能,被广泛应用于航空、航天、化学、造纸行业、核工业和军工、能源等领域,如飞机发动机(转子、涡轮叶片等)、导弹、化工设备、海上平台、直升机和核废物桶等。近年来对其热处理工艺研究比较广泛,但其强韧化机理仍没有清晰的解释。本文将17-4PH锻棒在1040℃固溶下处理后油淬至室温,然后选择在最佳的回火温度480℃时效保温0～5h后空冷。通过光学显微镜(OM)、超景深显微镜(HM)、XRD、显微硬度仪等测试方法观察和分析淬火、时效过程组织演变规律;采用电阻仪间接测试ε-Cu相动态时效析出过程对电阻率的影响;采用摩擦磨损试验机测试其耐磨性能;采用拉伸试验机测量材料的强度强度,并采用冲击试验机测量材料冲击功和韧性。研究发现:17-4PH钢淬火和时效过程没有残余奥氏体和逆转变奥氏体出现,淬火后出现板条和块状两种形态马氏体,板条马氏体硬度高于块状马氏体,随着时效时间延长,尽管两种马氏体硬度逐渐同步上升,板条马氏体的硬度在时效过程中普遍高于块状马氏体,时效析出明显提升马氏体的硬度,从39HRC提升至49.5HRC;由于硬度增加(+10.8HRC),时效5h的17-4PH钢的摩擦系数远低于淬火态组织;0～0.5h时效过程中由于ε-Cu相的快速析出,电阻率急剧下降;0.5～1.5h时效过程中,由于ε-Cu相的长大粗化和形态转变,电阻反弹;在0～5h时效过程中,硬度和耐磨性均呈现与电阻率相反的趋势。材料的强度经热处理工艺后,其变化规律与硬度相同,与电阻对应的变化关系相反。塑性与强度呈相反的趋势,与韧度变化相同,即材料的强度越高,延伸率越小,材料的塑性和韧性也越低。由组织、硬度、电阻率、强度和韧性等数据,可以推导时效阶段相关规律:第一阶段,时效0～0.5h时,17-4PH的强度和硬度快速上升达到峰值,这一阶段主要时ε-Cu相的快速析出,对强化起主导作用,对于电阻而言,ε-Cu相的快速析出增加了基体内的自由电子;第二阶段:0.5～1.5h时,强度和硬度出现一个回落的过程,这是由于ε-Cu相的长大粗化和形态的转变,位错的交互作用,同时基体晶格由共格关系变成半共格或非共格关系,减弱了强化效果,也导致了电阻率的上升;第三阶段:1.5h之后,Nb(C,N)等相的缓慢析出,给强化作用提供新的动力,而Nb(C,N)等相的析出使得17-4PH不锈钢基体中C、N、Nb等溶质原子含量下降,这使得时效第三阶段的电阻率下降。