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沉淀硬化型不锈钢
发布时间:2018-04-14 15:51 访问次数:
       
        沉淀硬化(析出强化):指金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区和(或)由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化的一种热处理工艺。如奥氏体沉淀不锈钢在固溶处理后或经冷加工后,在 400~500℃ 或 700~800℃ 进行沉淀硬化处理,可获得很高的强度。 即某些合金的过饱和固溶体在室温下放置或者将它加热到一定温度,溶质原子会在固溶点阵的一定区域内聚集或组成第二相,从而导致合金的硬度升高的现象。

 
 
        沉淀硬化不锈钢是铁-铬-镍合金,为了发展高强度和高韧性,通过加入AL、Ti、Nb、V、N,在时效热处理过程 中形成沉淀相。沉淀硬化不锈钢的基体组织可以是马氏体或者是 奥氏体,取决于成分和处理过程。时效硬化马氏体不锈钢兼有良好的抗腐蚀性能和热处理简单的特点。使用最广泛的时效硬化马氏体不锈钢是17-4PH(0Cr17Ni4Cu4Nb)。时效硬化马氏体不锈钢对氯化物应力腐蚀开裂敏感。敏感性在某种程度上取决于钢的牌号和时效温度。
 
        按其组织形态可分为三类:沉淀硬化半奥氏体型、沉淀硬化奥氏体型不锈钢和沉淀硬化马氏体型。列入我国国家标准钢板牌号的有0Cr17Ni7A和0Cr15Ni7M02Al两种,是属于沉淀硬化半奥氏体型不锈钢。该钢的组织特点是在固溶或退火状态时具有奥氏体加体积分数为5%~20%的铁素体组织。这种钢经过系列的热处理或机械变形处理后奥氏体转变为马氏体,再通过时效析出硬化达到所需要的高强度。这种钢有很好的成形性能和良好的焊接性,可作为超高强度的材料在核工业、航空和航天工业中,得到应用。
 
根据钢的组织可分为3类:
 
        (1)马氏体沉淀硬化不锈钢,以中国0Cr17Ni7TiAl和0Cr17Ni4Cu4Nb为代表。
        (2)半奥氏体沉淀硬化不锈钢,以0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al为代表。
        (3)奥氏体沉淀硬化不锈钢,它实际上为铁基高温合金,以0Cr15Ni20Ti2MoVB、1Cr17Ni10P为代表。
 
设计要点:
 
        (1)马氏体沉淀硬化不锈钢。钢中碳含量一般≤0.1%,但≥0.05%,目的是既有好的焊接性、耐蚀性,又具有较好的强韧性;铬含量一般在16%~17%以保证足够的不锈性和耐蚀性;合适的镍、铬当量,以便钢中δ-铁素体的含量处于最低水平(一般≤5%),以免损害横向性能和降低钢的强度。
 
        (2)半奥氏体沉淀硬化不锈钢。碳含量一般在0.1%左右,为改进铸造性能铸造钢的碳含量大于0.1%;他点的控制是本钢设计的关键,这类钢在固溶处理后为奥氏体组织,在此状态下进行加工、成形、焊接。在调整处理(碳化物析出过程)后马氏体点升高,降到室温后为马氏体组织或再通过简单的低温处理(-72℃)后转变成马氏体(即马氏体点在-72℃以上);铬含量一般在14%以上,以保证良好的不锈性和耐蚀性;选择合适的铬、镍当量配比以降低钢中δ-铁素体的含量;钢中含有适量沉淀硬化元素。如钼、钛、铝、铌、铜等。有时钢中含钴,这一方面可以促进钼的强化作用,同时又不影响Ms点。
 
        (3)奥氏体沉淀硬化不锈钢。选择合适的铬、镍当量配比,使其形成非常稳定的奥氏体组织;为了弥补奥氏体强度的不足,通过加入铝、钛以形成Ni3Al、Ni3Ti,或加入磷形成M23(C+P)6而进行强化。
 
图1 0Cr17Ni7TiAl钢的热处理工艺
 
图2 0Cr17Ni4Cu4Nb钢的热处理工艺
 
图3 半奥氏体沉淀硬化不锈钢热处理工艺
 
图4 oCr15Ni25Ti2MoAlVB钢的热处理工艺
 
热处理工艺:
 
        (1)马氏体沉淀硬化不锈钢。以OCrl7NiTiAl(Stainless W)和OCrl7Ni4Cu4Nb为例,其热处理工艺如图1和图2所示。
        (2)半奥氏体沉淀硬化不锈钢。以0Cr15Ni7Mo2Al为例,其热处理工艺如图3所示。
        (3)奥氏体沉淀硬化不锈钢。以0Cr15Ni25Ti2MoAlVB为例其热处理工艺如图4所示。
 
 
0Cr17Ni4Cu4Nb钢
 
        该钢为马氏体沉淀硬化不锈钢,Ms点约150℃,Mf点在30℃以下。马氏体转变完全与否受成分和冷却方式影响。钢中铜以极细小而分散的ε相弥散分布在基体上从而提高强度。H900处理时σb=1310MPa,σ0.2=1170MPa,δ5=10%,ψ=40%。该钢具有良好的耐腐蚀性,耐蚀性优于一般马氏体不锈钢,与一般奥氏体不锈钢相近。它具有良好的切削性能,不需预热就可以焊接并且焊后可不进行局部退火。它主要用于制造耐蚀和高强度部件如喷气发动机压气机机匣及大型汽轮机末级叶片。
 
0Cr17Ni7Al钢
 
        这个牌号为半奥氏体沉淀硬化不锈钢。它是在0Cr17Ni7这一不稳定的奥氏体钢中添加铝,再经过马氏体转变和析出NiAl化合物而硬化的钢种。在RH950处理后,σb=1580MPa,σ0.2=1470MPa,δ5=6%。该钢在氧化性酸中耐蚀性良好,而在像硫酸、盐酸等非氧化性酸中耐蚀性差。经A或A1750处理后的耐酸性最好。而用TH、RH、CH处理后的耐酸性变差。该钢的焊接可采用与奥氏体不锈钢相同的焊接工艺。若采用与母材成分相同的焊条焊接,则焊缝中将出现大量的δ铁素体,造成焊缝韧性的下降,因而焊条中可适当的降铬或增镍。焊接时应采用惰性气体保护以防焊条中铝的氧化。为获得良好的焊接效率,固溶退火后的焊件,最好先进行固溶处理,然后再进行调整和时效处理。该类钢主要用于制造飞机外壳、结构件、导弹的压力容器和构件,喷气发动机零件、弹簧、隔膜、波纹管、天线、紧固件、测量仪表等。
 
0Cr15Ni25Ti2MoVB钢
 
        该钢为奥氏体沉淀硬化不锈钢,亦即铁镍基高温合金。钢不仅在固溶态,而且在时效态均为稳定的奥氏体组织。-般由钢中形成金属间化合物来达到提高强度和改善高温性能。在时效态σb=1035MPa,σ0.2=690MPa,δ=25%,ψ=40%。该钢高温强度好,使用温度可达600~700℃。650℃以下的高温屈服强度与室温差不多。低温韧性良好,但存在室温强度低,焊接性能差等缺点。
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