0Cr17Ni4Cu4Nb合金元素對(duì)力學(xué)性能的影響

0Cr17Ni4Cu4Nb它是典型的奧氏體沉淀硬化不銹鋼，含量很高Cr，Ni，Cu,沉淀硬化相沉淀后的固溶時(shí)效s-Cu,它分布在低碳奧氏體基體中，從而提高了材料的強(qiáng)度。由于其良好的韌性和塑性，它具有低碳馬氏體不銹鋼的高強(qiáng)度和高強(qiáng)度Cr-Ni奧氏體不銹鋼具有優(yōu)異的耐腐蝕性、簡(jiǎn)單的熱處理方法等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于核電、航空航天和機(jī)械化工領(lǐng)域，也是我國(guó)企業(yè)軸類零件的主要材料。為了便于控制我廠軸的加工質(zhì)量，提高軸的使用壽命，本文重點(diǎn)研究材料組成，不同的熱處理方法對(duì)其機(jī)械性能、微觀組織形狀和加工變形的影響。

試驗(yàn)方法及設(shè)備

試樣來(lái)自軸材本身的延伸端尺寸為105mmx140mm,標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣、金相試樣、沖擊試樣等。通過(guò)機(jī)械加工。GB/T1170-2008《不銹鋼多元素含量測(cè)定電暈放電原子發(fā)射光譜法(常規(guī)法)》采用移動(dòng)式金屬分析光譜儀749-024對(duì)材料成分進(jìn)行分析。WDW-300型微機(jī)電子拉伸試驗(yàn)機(jī)，根據(jù)GB/T228.1-2010金屬材料拉伸實(shí)驗(yàn)第1部分室溫拉伸實(shí)驗(yàn)方法用于拉伸實(shí)驗(yàn)。MR5000型倒置金相顯微鏡組織分析熱處理后的樣品。

合金元素對(duì)力學(xué)性能的影響

合金元素含有產(chǎn)生元素的鐵元素Cr，Mo，w.v，Nb，Al，Si和馬氏體產(chǎn)生元素C，N，Mn，Ni，Cu,CP鐵素體的存在會(huì)破壞0。Cr17Ni4Cu4Nb鋼的組織均勻性降低了材料的韌性和塑性，加速了材料在蠕變過(guò)程中的老化速度。因此，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的成分，鐵素體產(chǎn)生的元素應(yīng)盡可能保持在下限，而馬氏體產(chǎn)生的元素應(yīng)保持在上限，以盡可能去除鋼中的鐵素體含量。

從0Cr17Ni4Cu4Nb根據(jù)鋼成分分析結(jié)果表1，材料成分含量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，Cr，Cu,Nb所有的內(nèi)容都在下限，Ni中上限。不同系列材料的元素含量范圍存在一定差異，如KJ系列中Mn，Cr，Ni，Cu元素的含量相對(duì)較高，在一定程度上增加了材料的韌性和塑性。Cr含量高，容易產(chǎn)生鐵素體，導(dǎo)致C和CCr馬氏體轉(zhuǎn)化不*，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度降低，韌性塑性增加。Cr17Ni4Cu4Nb鋼成分分析可以推斷KJ韌塑性比系列LH良好的系列傾向。

KJ-3與KJ-4其它合金元素基本相同，Ni含量分別是4.3%和4.98%對(duì)應(yīng)的R是1018MPa和1065MPa。再用LH-4與LH-6為例,其Ni含量分別是4.65%和4.33%,對(duì)應(yīng)R。分別是1076MPa和1045MPa,詳圖1。由此可見(jiàn)，熱處理方法相同，其他元素的含量基本相同，隨之而來(lái)Ni隨著含量的增加，材料強(qiáng)度的增加，延伸率和沖擊強(qiáng)度的降低。

OCr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化鋼Ac，約為670℃,Ac,約為740℃,Ms為80~140℃,Mf約為32℃，常用的熱處理方法是1020~1060℃范圍內(nèi)固溶處理，然后460~650℃范圍內(nèi)的時(shí)效處理[5]，為了進(jìn)一步細(xì)化顆粒，采用固溶+中間調(diào)節(jié)處理+時(shí)效處理[6]。我廠的軸材為固溶時(shí)效，具體熱處理方法參數(shù)如表2所示。

0Cr17Ni4Cu4Nb除了相同的固溶溫度外，鋼的三種不同的熱處理方法有不同的參數(shù)，其相應(yīng)的力學(xué)性能結(jié)果如表3所示。在這三個(gè)樣品中，KJ沖擊平均值為207J,其韌塑性好，其次是進(jìn)口軸料，LH相對(duì)較低的系列樣品；LH系列樣品的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和伸長(zhǎng)率KJ系列相當(dāng)，LH系列樣品的平均強(qiáng)度略高于KJ進(jìn)口軸料系列樣品IT低強(qiáng)度的系列。

我公司產(chǎn)品質(zhì)量反饋發(fā)現(xiàn)，KJ在加工和使用過(guò)程中，一系列材料的加工質(zhì)量是穩(wěn)定的，在加工和使用過(guò)程中沒(méi)有材料的質(zhì)量問(wèn)題，LH在一系列材料的加工過(guò)程中，多次出現(xiàn)彎曲變形，而進(jìn)口軸材料的使用數(shù)量有限，沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。說(shuō)明當(dāng)強(qiáng)度相等時(shí)，加工質(zhì)量越穩(wěn)定，加工質(zhì)量越穩(wěn)定。

一方面，這是和KJ奧氏體在合金元素系列中產(chǎn)生元素Ni，Cu含量高過(guò)LH相關(guān)系列。另一方面KJ系列樣品的固溶采用階段均溫，固溶保溫時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于LH系列樣品、滲碳體和合金元素可以*溶解在馬氏體中。充足的絕緣時(shí)間進(jìn)一步保證了合金元素的均勻分布。在油冷過(guò)程中，油的冷卻速度為500~350℃在最快的情況下，溫度冷卻速度迅速減慢，在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)有較小的冷卻速度，可以降低組織應(yīng)力，細(xì)化晶粒，提高材料的韌性和塑性。盡管LH固溶溫度為1040℃,但是保溫時(shí)間很短，合金元素可能會(huì)收縮。此外，冷卻方式為水冷，水冷卻速度最快為400~100℃范圍內(nèi)，與馬氏體轉(zhuǎn)換區(qū)(約140)~32c)[部分溫度重疊，即馬氏體在過(guò)快的冷卻速度下變化，組織應(yīng)力相對(duì)較大。如果隨后的應(yīng)力沒(méi)有*消除，在加工過(guò)程中（特別是長(zhǎng)軸零件的加工）很容易變形，如彎曲。最后不排除是LH由于熱應(yīng)力、組織應(yīng)力在材料內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，導(dǎo)致加工過(guò)程中出現(xiàn)彎曲，系列材料的熱處理過(guò)程質(zhì)量失控。

1)KJ系列試樣與LH系列相比,Cr，Ni，Cu,Mn特別是Ni含量高，鐵素體含量降低，韌性和塑性相對(duì)較好。今后要注意控制少量元素。N，Al，Ti，Co等含量。

2)在三種熱處理工藝中，當(dāng)固溶溫度相同時(shí)，不同的固溶時(shí)間和冷卻方法對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能和加工穩(wěn)定性有很大的影響。1040℃固溶4h580℃時(shí)效10h與這一工藝相對(duì)應(yīng)的韌塑性好，加工質(zhì)量穩(wěn)定。

3)在三個(gè)系列中，KJ其次是進(jìn)口軸料，韌塑性好，其次是進(jìn)口軸料，LH相對(duì)較低的系列；LH系列樣品抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和伸長(zhǎng)率KJ相當(dāng)于系列，進(jìn)口軸材料IT低強(qiáng)度的系列。