半奥氏体沉淀硬化不锈钢的马氏体点较低,在固溶处理后,组织中通常会有大量的奥氏体保留下来,强度较低,时效处理后得不到理想的硬化效果。因此,在固溶处理后,应采取措施,将材料的马氏体点提高,以保证在时效前基本上保持马氏体基体组织。


半奥氏体沉淀硬化不锈钢提高马氏体点和增加马氏体量的方法通常有调整处理(T处理)、冷变形处理(C处理)和冷处理(R处理)。所以,半奥氏体沉淀硬化不锈钢的热处理比马氏体沉淀硬化不锈钢热处理复杂一些。


0Cr17Ni7AI(PH17-7)是半奥氏体沉淀硬化不锈钢的典型牌号,其化学成分见表5-4,标准规定的力学性能见表5-5。



 0Cr17Ni7Al 中的沉淀硬化元素是铝,在时效时,以镍一部化合物析出的形式使钢得到硬化。


 0Cr17Ni7Al钢的热处理一般有三种组合方式。固溶处理(A)-加工-调整处理(T)-时效处理(H).


 固溶处理(A)-加工-调整处理(T)-冷处理(R)-时效处理(H).


 固溶处理(A)-冷变形处理(C)-时效处理(H).



1. 固溶处理


 0Cr17Ni7Al钢固溶处理的加热温度可选择1040~1050℃,保温后视情况空冷、油冷或水冷。处理后的组织基本是奥氏体组织,可能有少量铁素体,硬度很低,一般达200HB左右。强度低,但塑性高。


 固溶处理的温度准确度、均匀性及冷却效果都会影响材料的最终处理效果。0Cr17Ni7Al固溶处理后可能含有5%~10%的铁素体,如果加热温度超高,铁素体量就会增多,特别是钢中含碳量低时,铁素体量的增加更明显。如果超温太多,材料过热而产生过量铁素体,在以后的处理中很难消除,将直接影响时效后的处理质量。反之,如果固溶温度过低,材料M.点会上升,冷却后的组织中可能会产生部分马氏体,这不仅给下一步的成型加工造成困难,还会因为这部分马氏体过饱和碳及合金的量不足,达不到理想的硬度,也会影响最终的沉淀强化效果,得不到理想的硬度和强度,还影响材料的弹性,所以,对于用0Cr17Ni7Al制造的弹性件的热处理更应注意这一问题。



2. 调整处理


 调整处理的作用是通过加热使奥氏体中的合金碳化物析出,降低奥氏体的稳定性,从而提高马氏体转变温度,以保证奥氏体向马氏体的转变,调整加热温度不同,对马氏体转变温度的改变程度也不同,冷却后马氏体量也不同,从而反映出硬度上的差别。


 目前,0Cr17Ni7Al在实际生产中的调整处理一般有两种温度选择。


 一种是当对钢的强度要求不高时,可采用760℃左右的温度加热,Ms点可提高到70℃左右,冷却后,基体是马氏体组织,马氏体中的碳和合金元素有一定程度的过饱和。然后再进行时效处理。


 第二种情况是对钢的强度要求很高时,可采用960℃左右的加热温度,此时钢的M.点在-70~-60℃,冷却后,基体是碳和合金充分过饱和的奥氏体,然后应再进行一次 -73℃左右的冷处理,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,高温调整处理并经冷处理后得到的马氏体基体强度高,经时效后,沉淀强化的效果也大。有试验数据表明,0Cr17Ni7Al 钢经固溶 960℃调整、 -73℃冷处理时效处理的强度比固溶 -760℃调整-时效处理的强度能提高20%左右。


 调整处理的作用是调整M.点,调整处理温度的准确程度对处理效果的影响相似于固溶处理。


 0Cr17Ni7Al 经调整处理,Ms点上升50~90℃,而Mf点仍然是很低的,所以,为保证调整处理组织的更好转变,调整处理时要保证充分的冷却。



3. 冷处理


  0Cr17Ni7Al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。冷处理一般采用-73℃,较长时间地保持,通常保持8h以上,以确保奥氏体的充分转变。采用-73℃保温,是因为这个温度已经低于经过调整处理(960℃左右调整)后的Ms 温度。由于是在极低的温度下转变,才需要有较长的等温保持时间。处理后再经时效处理,使材料获得高的强度和韧性配合的综合机械性能。


  为保证好的冷处理效果,要注意在调整处理后尽快进行冷处理,最好不超过1小时,最多不要超过8小时,因为放置时间长了会促使奥氏体的稳定化,影响冷处理效果。



4. 冷变形处理


 0Cr17Ni7Al钢的冷变形加工处理,主要是指为获得丝材、薄板材、带材的冷加工变形过程。


 冷加工变形度会影响Ma温度,从而影响获得的马氏体量、最终反映在沉淀硬化后的硬度和强度不同。有试验研究表明,冷变形加工量大于50%时,才会突显强化作用。冷变形量越大,时效后沉淀强化的效果越明显,见表5-6。


表 6.jpg



5. 时效处理


 0Cr17Ni7Al 时效处理时的主要沉淀析出物是镍-铝金属间化合物。时效温度的确定主要是根据对性能的要求和时效处理前的经历程序。目前,通常使用的方式有以下几种。


 a. 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。


 b. 固溶处理后采用960℃左右温度调整处理,再进行-73℃左右温度冷处理,时效温度采用510℃左右,空冷。


 c. 固溶处理后采用冷加工变形时(如冷拉丝、冷轧板等),时效温度采用490℃左右,空冷。


时效处理的温度控制要更精确,最好控制在工艺温度±5℃范围内,时效保温时间一般要比固溶保温时间延长1~2倍。以保证沉淀相的充分析出。