马氏体沉淀硬化不锈钢固溶处理后的基体组织基本上是马氏体,已具有较好的强度,再经适当的时效处理即可满足性能要求。一般情况下,采用固溶处理(A),再进行一次时效处理(H)。


 0Cr17Ni4Cu4Nb(PH17-4)是马氏体类沉淀硬化不锈钢的典型牌号。其化学成分见表5-1,标准规定的力学性能见表5-2。


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  0Cr17Ni4Cu4Nb 中的主要沉淀硬化元素是铜,铜的沉淀硬化作用明显,但铜含量偏高时对韧性有影响,对焊接性不利,对于铸件还容易产生铸造偏析。因此,实际生产时,常控制含铜量不大于3.5%.加人铌也可以在时效时起到沉淀硬化的作用,并阻碍时效时组织的晶粒长大倾向。当然,铌也起到稳定碳的作用。


 0Cr17Ni4Cu4Nb的热处理一般含固溶处理和时效处理。



1. 固溶处理


  固溶加热温度应保证钢中的碳和合金元素充分溶于奥氏体中,但也不宜过高。太高的加热温度不仅会引起晶粒粗大,还会使马氏体转变点太低,致使固溶处理后产生较多的残留奥氏体。过高的加热温度还可能使固溶组织中存在较多含量的铁素体,影响强化效果。图5-4是0Cr17Ni4Cu4Nb固溶加热温度对Ms 点和硬度影响的关系图。


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  0Cr17Ni4Cu4Nb固溶加热温度可选用1020~1060℃.这个固溶加热温度可控制M.在80~120℃,M,在30℃左右。


 由于0Cr17Ni4Cu4Nb含有的铬、镍,使固溶奥氏体有较好的稳定性,空冷即可得到马氏体组织,而且,含铜的ε相析出速度较慢,不必担心在固溶冷却阶段析出。但是,为使固溶处理后的组织更细,能获得更好的强化效果,提高塑性和韧性,实际生产时多采用油冷。控制出油温度不高于室温,并在充分冷却后再进行时效处理。采用水冷的固溶效果也很好,但是在某些情况下可能产生裂纹。


固溶处理后的金相组织应是含有过饱和铜的低碳板条状马氏体。有时可能还存在少量残留奥氏体和铁素体。见图5-5。


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2. 时效处理


 0Cr17Ni4Cu4Nb钢的时效处理应根据对性能的要求确定加热温度。有资料报道,约480℃左右温度时效,可获得最高的硬度和强度。然后,随着时效温度的升高,硬度和强度下降,塑性和韧性提高。见图5-6和表5-2。


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 为保证沉淀相的充分析出和时效效果,时效的保温时间一般不少于4小时,保温后可采用空气冷却。


 0Cr17Ni4Cu4Nb固溶和时效处理对应的机械性能见表5-2。一些实测性能数据见表5-3。


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 0Cr17Ni4Cu4Nb时效后,对耐腐蚀性能有一定的影响。特别是由于富铜相的析出,降低了在氧化性酸中的耐腐蚀性。0Cr17Ni4Cu4Nb 固溶经550℃时效的金相组织图见图5-7。


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 0Cr17Ni4Cu4Nb是比较成熟和稳定的沉淀硬化不锈钢,一般情况下采用固溶后时效处理就能满足使用要求,但有的情况下需要用调整处理来提高热处理质量。


  有的零件要求组织更均匀、性能更优良,并严格控制残留奥氏体量,这时,可以在固溶处理后进行一次调整处理再时效。这可保证材料获得最大量的马氏体,消除残留奥氏体,经时效处理后,沉淀析出相更均匀,强化效果更好。


  再比如,材料由于前期热加工不正确或某些成分的影响,降低了马氏体转变点温度,而采用正常的固溶、时效处理,得不到正常的处理效果。这时,也可以考虑在固溶处理后加一次调整处理。


  曾经处理过一批外厂供料的0Cr17Ni4Cu4Nb泵轴。按正常工艺规范,加热1040℃保温2h后油冷,再经520℃保温4h的时效处理,在检测轴料硬度时,只有230HBS,远远低于预想的和过去经常达到的360HBS的目标。对于这个意外的结果,最初考虑可能是工人生产操作时未遵守工艺所致。便又取同批轴料按工艺进行固溶处理,然后检测硬度,结果是170HBS,看来,固溶处理就未达到应该达到的340HB左右的硬度目标。在复检轴料化学成分的等待期间,约24h后,又检测轴料硬度,发现从原170HBS升高到了280HBS.对这种放置后硬度升高的现象进行分析推断,可能是由于这批轴料非控制成分或前期的热加工不当导致这批轴料的M、M1点下降,且低于0Cr17Ni4Cu4Nb 正常状态的相变点,从而使得按正常处理工艺都得不到正常效果,在后来的放置期间,经历了晚上-15℃的温度区间(当时是十二月份,沈阳地区晚间气温较低),而这个温度可能低于该批轴料材料的实际M.点温度,促使奥氏体向马氏体转变,使轴料硬度提高了。基于这种分析,我们对这批轴料在固溶处理后增加了一次750℃保温2h后空冷的调整处理,轴料硬度达到330HBS,再经一次520℃保温4h的时效处理,轴料硬度达360HBS.经力学性能检测,Rm,1230N/m㎡;Rp0.2,1130N/m㎡;A,12.5%;Z,44.5%。


 可见,调整处理作为马氏体类沉淀硬化不锈钢的补充处理,其作用是明显的。