AMS 6308钢是美国Carpenter Technology Corporation公司研制的一种耐热齿轮钢,商业牌号为Pyrowear alloy 53,具有较高的淬透性、耐高温性性能、良好的韧性和抗疲劳性能,通常用于制造在一定温度下工作的直升机和航空动力系统传动部件,如航空齿轮和轴承等。目前,已对该钢的化学成分和热处理工艺进行了优化,掌握了M6C相在钢中的强化机理,但Cu在钢中的析出行为和强化机理以及Cu对热塑性的影响还未进行研究。因此,通过系统地研究Cu含量对AMS6308钢组织及性能的影响规律,对于AMS 6308钢的工程化应用具有重要意义。本文针对4种铜含量分别为(无Cu、0.98%、2.10%和3.02%)的AMS 6308钢,采用力学性能测试、OM、SEM、TEM和XRD等分析测试手段,研究了Cu含量对AMS 6308钢淬火和回火后组织及性能的影响、Cu的析出行为和二次硬化机制以及Cu对AMS 6308钢热塑性的影响,得出如下结论：在相同淬火温度下,随Cu含量增加,强度和硬度逐渐增加。整个淬火温度范围内,无Cu钢的冲击值逐渐降低；980℃以下淬火,随温度提高,含Cu钢的冲击值降低；980℃以上淬火,含Cu钢的冲击值有所回升。高温淬火后,含Cu钢的组织较无Cu钢的组织更细小。在相同温度淬火,随Cu含量增加,残余奥氏体含量增加,这可能是含Cu钢高温淬火后冲击值回升的另一原因。在相同回火温度下,随Cu含量增加,析出的ε-Cu相数量增多,强度和硬度增加,塑韧性降低；随时间延长,富Cu相逐渐长大、粗化,沉淀强化作用减弱,马氏体板条逐渐回复再结晶,硬度降低。在欠时效状态时,大量细小ε-Cu相在基体内和位错线上析出,呈球状弥散分布,强度和硬度逐渐增加；在时效峰处,ε-Cu相析出数量显著增加,这是产生时效峰的主要原因：Cu处于过时效状态时,随温度提高,ε-Cu相长大粗化,析出数量减少,其形态由球状转变为棒状或短杆状,沉淀强化作用大大减弱,M6C碳化物长大,马氏体板条发生回复再结晶,强度和硬度显著下降,韧性逐渐提高。随Cu含量增加,AMS 6308钢的热塑性降低,富Cu相开始析出温度显著提高,含量逐渐增加。Cu元素偏析会在钢锭加热温度析出大量低熔点富Cu相,高温下部分呈液膜状,对晶界产生浸润作用,造成晶界结合力下降,钢热塑性变差,在锻造应力的作用产生裂纹并扩展。随Mo含量增加,Laves相开始相析出温度提高,含量逐渐增加。Mo元素的偏析引起大量条状的Laves相析出,降低钢的热塑性,是产生锻造裂纹的重要原因。