半奧氏體沉淀硬化不銹鋼的馬氏體點(diǎn)較低,在固溶處理后,組織中通常會有大量的奧氏體保留下來,強(qiáng)度較低,時(shí)效處理后得不到理想的硬化效果。因此,在固溶處理后,應(yīng)采取措施,將材料的馬氏體點(diǎn)提高,以保證在時(shí)效前基本上保持馬氏體基體組織。
半奧氏體沉淀硬化不銹鋼提高馬氏體點(diǎn)和增加馬氏體量的方法通常有調(diào)整處理(T處理)、冷變形處理(C處理)和冷處理(R處理)。所以,半奧氏體沉淀硬化不銹鋼的熱處理比馬氏體沉淀硬化不銹鋼熱處理復(fù)雜一些。
0Cr17Ni7AI(PH17-7)是半奧氏體沉淀硬化不銹鋼的典型牌號,其化學(xué)成分見表5-4,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的力學(xué)性能見表5-5。
0Cr17Ni7Al 中的沉淀硬化元素是鋁,在時(shí)效時(shí),以鎳一部化合物析出的形式使鋼得到硬化。
0Cr17Ni7Al鋼的熱處理一般有三種組合方式。固溶處理(A)-加工-調(diào)整處理(T)-時(shí)效處理(H).
固溶處理(A)-加工-調(diào)整處理(T)-冷處理(R)-時(shí)效處理(H).
固溶處理(A)-冷變形處理(C)-時(shí)效處理(H).
1. 固溶處理
0Cr17Ni7Al鋼固溶處理的加熱溫度可選擇1040~1050℃,保溫后視情況空冷、油冷或水冷。處理后的組織基本是奧氏體組織,可能有少量鐵素體,硬度很低,一般達(dá)200HB左右。強(qiáng)度低,但塑性高。
固溶處理的溫度準(zhǔn)確度、均勻性及冷卻效果都會影響材料的最終處理效果。0Cr17Ni7Al固溶處理后可能含有5%~10%的鐵素體,如果加熱溫度超高,鐵素體量就會增多,特別是鋼中含碳量低時(shí),鐵素體量的增加更明顯。如果超溫太多,材料過熱而產(chǎn)生過量鐵素體,在以后的處理中很難消除,將直接影響時(shí)效后的處理質(zhì)量。反之,如果固溶溫度過低,材料M.點(diǎn)會上升,冷卻后的組織中可能會產(chǎn)生部分馬氏體,這不僅給下一步的成型加工造成困難,還會因?yàn)檫@部分馬氏體過飽和碳及合金的量不足,達(dá)不到理想的硬度,也會影響最終的沉淀強(qiáng)化效果,得不到理想的硬度和強(qiáng)度,還影響材料的彈性,所以,對于用0Cr17Ni7Al制造的彈性件的熱處理更應(yīng)注意這一問題。
2. 調(diào)整處理
調(diào)整處理的作用是通過加熱使奧氏體中的合金碳化物析出,降低奧氏體的穩(wěn)定性,從而提高馬氏體轉(zhuǎn)變溫度,以保證奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變,調(diào)整加熱溫度不同,對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的改變程度也不同,冷卻后馬氏體量也不同,從而反映出硬度上的差別。
目前,0Cr17Ni7Al在實(shí)際生產(chǎn)中的調(diào)整處理一般有兩種溫度選擇。
一種是當(dāng)對鋼的強(qiáng)度要求不高時(shí),可采用760℃左右的溫度加熱,Ms點(diǎn)可提高到70℃左右,冷卻后,基體是馬氏體組織,馬氏體中的碳和合金元素有一定程度的過飽和。然后再進(jìn)行時(shí)效處理。
第二種情況是對鋼的強(qiáng)度要求很高時(shí),可采用960℃左右的加熱溫度,此時(shí)鋼的M.點(diǎn)在-70~-60℃,冷卻后,基體是碳和合金充分過飽和的奧氏體,然后應(yīng)再進(jìn)行一次 -73℃左右的冷處理,得到馬氏體組織。這種馬氏體中的碳和合金元素的過飽和程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于經(jīng)760℃左右溫度調(diào)整得到的馬氏體中碳和合金元素的過飽和程度。所以,高溫調(diào)整處理并經(jīng)冷處理后得到的馬氏體基體強(qiáng)度高,經(jīng)時(shí)效后,沉淀強(qiáng)化的效果也大。有試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,0Cr17Ni7Al 鋼經(jīng)固溶 960℃調(diào)整、 -73℃冷處理時(shí)效處理的強(qiáng)度比固溶 -760℃調(diào)整-時(shí)效處理的強(qiáng)度能提高20%左右。
調(diào)整處理的作用是調(diào)整M.點(diǎn),調(diào)整處理溫度的準(zhǔn)確程度對處理效果的影響相似于固溶處理。
0Cr17Ni7Al 經(jīng)調(diào)整處理,Ms點(diǎn)上升50~90℃,而Mf點(diǎn)仍然是很低的,所以,為保證調(diào)整處理組織的更好轉(zhuǎn)變,調(diào)整處理時(shí)要保證充分的冷卻。
3. 冷處理
0Cr17Ni7Al冷處理的目的是使調(diào)整處理后還存在的奧氏體能繼續(xù)向馬氏體轉(zhuǎn)變。冷處理一般采用-73℃,較長時(shí)間地保持,通常保持8h以上,以確保奧氏體的充分轉(zhuǎn)變。采用-73℃保溫,是因?yàn)檫@個(gè)溫度已經(jīng)低于經(jīng)過調(diào)整處理(960℃左右調(diào)整)后的Ms 溫度。由于是在極低的溫度下轉(zhuǎn)變,才需要有較長的等溫保持時(shí)間。處理后再經(jīng)時(shí)效處理,使材料獲得高的強(qiáng)度和韌性配合的綜合機(jī)械性能。
為保證好的冷處理效果,要注意在調(diào)整處理后盡快進(jìn)行冷處理,最好不超過1小時(shí),最多不要超過8小時(shí),因?yàn)榉胖脮r(shí)間長了會促使奧氏體的穩(wěn)定化,影響冷處理效果。
4. 冷變形處理
0Cr17Ni7Al鋼的冷變形加工處理,主要是指為獲得絲材、薄板材、帶材的冷加工變形過程。
冷加工變形度會影響Ma溫度,從而影響獲得的馬氏體量、最終反映在沉淀硬化后的硬度和強(qiáng)度不同。有試驗(yàn)研究表明,冷變形加工量大于50%時(shí),才會突顯強(qiáng)化作用。冷變形量越大,時(shí)效后沉淀強(qiáng)化的效果越明顯,見表5-6。
5. 時(shí)效處理
0Cr17Ni7Al 時(shí)效處理時(shí)的主要沉淀析出物是鎳-鋁金屬間化合物。時(shí)效溫度的確定主要是根據(jù)對性能的要求和時(shí)效處理前的經(jīng)歷程序。目前,通常使用的方式有以下幾種。
a. 固溶處理后采用760℃左右溫度調(diào)整處理,時(shí)效溫度采用560℃左右,空冷。
b. 固溶處理后采用960℃左右溫度調(diào)整處理,再進(jìn)行-73℃左右溫度冷處理,時(shí)效溫度采用510℃左右,空冷。
c. 固溶處理后采用冷加工變形時(shí)(如冷拉絲、冷軋板等),時(shí)效溫度采用490℃左右,空冷。
時(shí)效處理的溫度控制要更精確,最好控制在工藝溫度±5℃范圍內(nèi),時(shí)效保溫時(shí)間一般要比固溶保溫時(shí)間延長1~2倍。以保證沉淀相的充分析出。