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半奥氏体沉淀硬化不锈钢的热处理

来源:热处理之家    更新时间:2017-11-15 13:18:40    编辑:一键通紧固件传媒    浏览:655

不锈钢按金相组织和热处理特征分类,有5种类型:
        1、铁素体不锈钢
               典型牌号有00Cr12、0Cr13Al、1Cr17Mo、00Cr18Mo2、00Cr27Mo等。
        2、马氏体不锈钢
               典型牌号有10-40Cr13、9Cr18、7Cr17、1Cr17Ni2、0Cr13Ni4Mo等。
        3、奥氏体不锈钢
               典型牌号有0Cr18Ni9(304)、00Cr19Ni10(304L)、0Cr17Ni12Mo2(316)、00Cr17Ni14Mo2(316L)等。
        4、沉淀硬化不锈钢
               典型牌号有0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)、0Cr17Ni7Al(17-7PH)等。
        5、双相不锈钢(铁素体-奥氏体不锈钢)
              典型牌号有0Cr12NiSTi、00Cr22Ni5Mo3N、0Cr25Ni6Mo3CuN等。

        这五类不锈钢中,奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的耐腐蚀性能比较好,但不能通过热处理调整强度,不适合做强度要求较高的工件;马氏体不锈钢虽然能通过热处理方法调整其性能,可以有较高的机械强度,但耐腐蚀性能较差,在应用上受到一定的限制。沉淀硬化不锈钢的耐腐蚀性能和奥氏体不锈钢相当接近,同时又具有马氏体不锈钢通过热处理方法调整机械性能的特征,从而获得越来越广泛的应用。

        沉淀硬化不锈钢按固溶后的组织形态和硬化机制的不同,可分为4种类型:
        1、马氏体沉淀硬化不锈钢
              典型牌号有0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)。
        2、半奥氏体沉淀硬化不锈钢
              典型牌号有0Cr17Ni7Al(17-7PH)。
        3、奥氏体沉淀硬化不锈钢
              典型牌号有PH17-14CuMo。
        4、奥氏体-铁素体沉淀硬化不锈钢
              典型牌号有V2B。

        这四类沉淀硬化不锈钢中,第1、3、4类不锈钢热处理方法一般为“固溶处理+时效处理”,只有半奥氏体沉淀硬化不锈钢的热处理方式最为复杂。以0Cr17Ni7Al(17-7PH)为例,热处理一般有三种组合方式:
        1、 固溶处理——加工——调整处理——时效处理。
        2、 固溶处理——加工——调整处理——冰冷处理——时效处理。
        3、 固溶处理——冷变形处理——时效处理。

        固溶处理
        任何一种沉淀硬化不锈钢,都要进行固溶处理。主要是利用某些沉淀相析出的元素,在高温时溶解度大,低温时溶解度小的特点,通过高温加热,使可沉淀元素充分地溶于基体组织中,保证在后面的冷却过程中处于过饱和状态,为下一步的时效过程中能大量充分地弥散析出创造条件。
        17-7PH固溶处理的加热温度一般设定在1040-1050℃范围,保温后视具体情况可以空冷、油冷、水冷。因固溶后的组织基本是奥氏体,可能存在少量铁素体,所以一般可采用水冷。硬度大约在200HB左右,可进行一系列的机加工,然后再进行下一道热处理工艺。

        调整处理
        调整处理的作用就是改变马氏体的转变点。
        17-7 PH固溶处理后,马氏体转变点一般在室温以下,冷却到室温时得到的组织基本上是奥氏体组织,基体强度较低,在这种组织条件下进行时效处理的强化效果不好,所以,固溶处理后应进行一次以提高马氏体点为目的的热处理。
        众所周知,为提高马氏体点,降低奥氏体的稳定性,重要的手段之一是将钢加热到一定温度并保温,使奥氏体中碳和合金元素析出,降低基体中合金元素的浓度,这样在冷却时,由于奥氏体稳定性降低,马氏体转变点提高,调整处理后原奥氏体将转变为马氏体。此时基体组织基本上是马氏体。在此基础上进行时效处理,会获得比较好的强化效果。
        经过调整处理后,虽然马氏体Ms点上升,但Mf点仍然较低,为保证调整处理组织得到更好转变,调整处理要保证充分的冷却。
调整处理的加热温度有2种:760℃左右、960℃左右。
        有资料显示,加热温度对17-7PH的Ms点的影响:详见下表的一组数据:

                        

        这组数据说明,不同的加热温度得到不同的马氏体转变点,也就是说可以调整不同的加热温度,改变马氏体转变温度,冷却后马氏体量也不同,从而反映出硬度上的差别。
        当生产的工件对强度的要求不高,硬度≥362HB时,调整处理可采用760℃左右的加热温度,钢的Ms点可提高到70℃左右,冷却后的基体为马氏体组织,马氏体中碳和合金元素有一定程度的过饱和,然后再时效处理。
        当生产的工件对强度要求很高,硬度≥388HB时,调整处理可采用960℃左右的加热温度,钢的Ms点在-70℃~-60℃,冷却后的基体为碳和合金充分过饱和的奥氏体,然后再进行一次-73℃左右的冰冷处理,得到马氏体组织。这种马氏体中的碳和合金元素的过饱和程度远远高于经760℃左右温度调整得到的马氏体中碳和合金元素的过饱和程度;所以高温调整处理并经过冰冷处理后得到的马氏体基体强度高,经时效处理后沉淀硬化的效果更加明显。

        冰冷处理
        冰冷处理的目的,是使调整处理后还存在的奥氏体能继续向马氏体转变。冰冷处理的温度一般采用-73℃,通常保温8h以上,确保奥氏体的充分转变。采用-73℃的冰冷处理是因为这个温度已经低于经过960℃调整处理后的Ms点温度(-70℃~-60℃)。为保证冰冷处理的效果,在调整处理后应尽快进行冰冷处理,以防止奥氏体陈化,影响冰冷效果。

        冷变形处理
        17-7PH钢的冷变形加工处理,主要是冷拔和冷轧获得丝材、薄板材、带材的冷加工变形过程。有试验结果表明,冷变形量大于50%时,才会突显强化作用。冷变形量越大,时效沉淀硬化效果越明显。
时效处理
        PH17-7时效处理时的主要沉淀析出物是Ni-Al金属间化合物。
        时效处理温度的确定主要根据对性能的要求和时效处理前的调整处理工艺。
        实际生产中,通常使用的方法有3种:
        1、固溶处理后采用760℃左右温度调整处理,时效温度采用560℃左右,空冷;
        2、固溶处理后采用960℃左右温度调整处理,再进行一次-73℃左右的冰冷处理,时效温度采用510℃左右,空冷;
        3、固溶处理后采用冷加工变形时,时效温度采用490℃左右,空冷;
        时效温度的控制要更准确,最好控制在工艺温度±5℃范围内,保温时间要比固溶保温时间延长1-2倍,以保证沉淀相的充分析出。

        工艺总结
        1、当硬度要求≥362HB时,采取的热处理工艺为:
               固溶处理(1040-1050℃)——加工——调整处理(760℃)——时效处理(560℃)。
        2、当硬度要求≥388HB时,采取的热处理工艺为:
              固溶处理(1040-1050℃)——加工——调整处理(960℃)——冰冷处理(-73℃)——时效处理(510℃)。
        3、经冷变形加工时,采取的热处理工艺为:
              固溶处理(1040-1050℃)——冷变形处理——时效处理(490℃)。

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