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上海隆繼金屬集團有限公司
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0Cr17Ni4Cu4Nb合金元素對力學性能的影響
2022-9-6 閱讀(1189)
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效s-Cu,它分布在低碳奧氏體基體中,，從而提高了材料的強度,。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度和高強度Cr-Ni奧氏體不銹鋼具有優(yōu)異的耐腐蝕性,、簡單的熱處理方法等優(yōu)點,，廣泛應用于核電、航空航天和機械化工領域,，也是我國企業(yè)軸類零件的主要材料,。為了便于控制我廠軸的加工質量，提高軸的使用壽命,，本文重點研究材料組成,，不同的熱處理方法對其機械性能、微觀組織形狀和加工變形的影響,。
試驗方法及設備
試樣來自軸材本身的延伸端尺寸為105mmx140mm,標準拉伸試樣,、金相試樣、沖擊試樣等,。通過機械加工,。GB/T1170-2008《不銹鋼多元素含量測定電暈放電原子發(fā)射光譜法(常規(guī)法)》采用移動式金屬分析光譜儀749-024對材料成分進行分析。WDW-300型微機電子拉伸試驗機,，根據(jù)GB/T228.1-2010金屬材料拉伸實驗第1部分室溫拉伸實驗方法用于拉伸實驗,。MR5000型倒置金相顯微鏡組織分析熱處理后的樣品。
合金元素對力學性能的影響
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程中的老化速度,。因此,，對于標準范圍內的成分，鐵素體產(chǎn)生的元素應盡可能保持在下限,，而馬氏體產(chǎn)生的元素應保持在上限,，以盡可能去除鋼中的鐵素體含量。
從0Cr17Ni4Cu4Nb根據(jù)鋼成分分析結果表1,，材料成分含量在標準范圍內,，Cr,，Cu,Nb所有的內容都在下限，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，導致C和CCr馬氏體轉化不*,，會導致強度降低,，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%對應的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%,對應R,。分別是1076MPa和1045MPa,詳圖1,。由此可見，熱處理方法相同,，其他元素的含量基本相同,，隨之而來Ni隨著含量的增加，材料強度的增加,，延伸率和沖擊強度的降低,。
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℃范圍內固溶處理,，然后460~650℃范圍內的時效處理[5]，為了進一步細化顆粒,，采用固溶+中間調節(jié)處理+時效處理[6],。我廠的軸材為固溶時效，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)，其相應的力學性能結果如表3所示,。在這三個樣品中,，KJ沖擊平均值為207J,其韌塑性好，其次是進口軸料,，LH相對較低的系列樣品,；LH系列樣品的抗拉強度,、屈服強度、伸長率和伸長率KJ系列相當,，LH系列樣品的平均強度略高于KJ進口軸料系列樣品IT低強度的系列,。
我公司產(chǎn)品質量反饋發(fā)現(xiàn)，KJ在加工和使用過程中,，一系列材料的加工質量是穩(wěn)定的,，在加工和使用過程中沒有材料的質量問題，LH在一系列材料的加工過程中,，多次出現(xiàn)彎曲變形,，而進口軸材料的使用數(shù)量有限，沒有出現(xiàn)問題,。說明當強度相等時,，加工質量越穩(wěn)定，加工質量越穩(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LH相關系列,。另一方面KJ系列樣品的固溶采用階段均溫,，固溶保溫時間遠長于LH系列樣品、滲碳體和合金元素可以*溶解在馬氏體中,。充足的絕緣時間進一步保證了合金元素的均勻分布,。在油冷過程中，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,，在馬氏體轉變區(qū)有較小的冷卻速度，可以降低組織應力,，細化晶粒,，提高材料的韌性和塑性。盡管LH固溶溫度為1040℃,但是保溫時間很短,，合金元素可能會收縮,。此外,，冷卻方式為水冷,，水冷卻速度最快為400~100℃范圍內，與馬氏體轉換區(qū)(約140)~32c)[部分溫度重疊,，即馬氏體在過快的冷卻速度下變化,，組織應力相對較大。如果隨后的應力沒有*消除,，在加工過程中（特別是長軸零件的加工）很容易變形,，如彎曲,。最后不排除是LH由于熱應力、組織應力在材料內部產(chǎn)生殘余應力,，導致加工過程中出現(xiàn)彎曲,，系列材料的熱處理過程質量失控。
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,，當固溶溫度相同時，不同的固溶時間和冷卻方法對材料的微觀結構,、機械性能和加工穩(wěn)定性有很大的影響,。1040℃固溶4h580℃時效10h與這一工藝相對應的韌塑性好，加工質量穩(wěn)定,。
3)在三個系列中,，KJ其次是進口軸料，韌塑性好,，其次是進口軸料,，LH相對較低的系列；LH系列樣品抗拉強度,、屈服強度,、伸長率和伸長率KJ相當于系列，進口軸材料IT低強度的系列,。
