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时效温度对PH13-8Mo不锈钢组织和力学性能的影响

时间:2015-02-25 11:44 来源:未知 作者:admin 点击:

马氏体时效不锈钢的代表钢种为0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)和0Cr13Ni8Mo2Al(PH 13-8Mo),它们一般用于制造在400℃以下环境中工作的高强耐蚀承力构件,如发动机零件、紧固件等。目前,PH13-8Mo不锈钢作为高强度耐腐蚀结构材料已广泛用于海上平台、航空、航天等。但在国内,无论是民用飞行器还是军用武器装备,该钢都未能得到推广使用。在耐腐蚀高强度沉淀硬化不锈钢的使用上,我国军、民装备仍在使用那些已被发达国家淘汰的材料,如17-4PH等。此外,PH13-8Mo不锈钢至今仍未列入我国沉淀硬化不锈钢的标准牌号中,而且国内对于其力学性能、耐腐蚀性能的研究还不完善,对其冶炼及热处理工艺亦未能完全掌握。为此,科研人员研究了不同时效温度对PH13-8Mo不锈钢力学性能和显微组织的影响,希望能为今后此类材料的研制和开发提供参考。

试验用PH13-8Mo不锈钢取自自产的Φ25mm热锻棒材,其化学成分如表1 所示。该钢采用真空冶炼和电渣重熔双联净化工艺制备,制备过程中充分去除气体,以减少偏析、低熔点杂质和去除非金属夹杂物,在WZC-30型30kg双室真空油淬炉内对试验钢进行固溶处理,固溶温度为930℃,保温1h;然后在SX2-8-10型工业热处理电阻炉内进行时效处理,时效温度为480、510、540、565、590、620℃,保温时间为4h。
表1  PH13-8Mo不锈钢的化学成分(质量分数,%)
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
Al
Nb
Cu
0.034
0.078
0.048
12.19
8.36
2.11
0.90
0.37
3.57
 
制备的硬度试样的两端面、拉伸试样的标距部位及冲击试样的表面粗糙度(Ra)不大于5μm。采用8150LK型洛氏硬度计测试验钢的洛氏硬度;采用LEICA-DMLM型光学显微镜观察试验钢的显微组织;采用Philips XL-30型扫描电镜(SEM)观察试验钢的显微形貌,并进行微区成分分析;参考GB/T228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法》制备拉伸试样,并在ZWICK-Z400型拉伸试验机上进行拉伸试验;参考GB/T229-2007《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》,在ZBC-2302-Z型冲击试验机上进行冲击试验。以上试验数据均取三个试样的平均值。试验结果如下:
(1)PH13-8Mo不锈钢在930℃固溶,再在510℃时效4h后具有最高的硬度和强度,但此时的冲击韧性较低;在510~620℃时效时,随着时效温度的升高,硬度和强度下降,冲击韧性增加。
(2)PH13-8Mo不锈钢在930℃固溶后的组织为马氏体和奥氏体,在480℃时效后的组织为回火马氏体和少量Ni3Al析出相,在510℃时效后的组织主要为回火马氏体和弥散分布的Ni3Al析出相;经620℃时效处理后的组织为回火索氏体和粒状析出相。
(3)PH13-8Mo不锈钢在480℃时效时开始析出金属间化合物Ni3Al,该析出相随时效温度升高而逐渐长大和增多。