0Cr17Ni7A1不銹鋼熱處理工藝研究

呂曉艷

摘要：研究了熱處理工藝對(duì)0Cr17Ni7A1不銹鋼洛氏硬度的影響。將0Cr17Ni7A1不銹鋼調(diào)整處理后冷卻到15℃以下進(jìn)行深冷處理，并保證調(diào)整處理和深冷處理的時(shí)間間隔小于1h，可以降低組織的奧氏體穩(wěn)定化程度，使其轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，從而提高材料的洛氏硬度。經(jīng)固溶處理一調(diào)整處理一深冷處理一時(shí)效處理，可以明顯提高0Cr17Ni7A1不銹鋼的洛氏硬度，為44-47，符合穩(wěn)定使用標(biāo)準(zhǔn)的要求。

關(guān)鍵詞：過渡型不銹鋼;熱處理工藝;冷卻;洛氏硬度

中圖分類號(hào)：TG 142.71 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0Cr17Ni7A1不銹鋼是美國(guó)Armco Steel公司1948年研制出來的一種沉淀硬化不銹鋼，屬于半奧氏體沉淀硬化不銹鋼的一種。0Cr17Ni7A1不銹鋼具有奧氏體鋼的耐腐蝕性強(qiáng)、冷加工性能好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)兼具馬氏體鋼可通過相變和沉淀硬化提高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的彈簧、飛機(jī)內(nèi)架、縱梁支架、發(fā)動(dòng)機(jī)恒速器彈簧、衛(wèi)星零件的彈簧墊圈、各種儀表彈簧（拖簧、恒力簧）、軍工手槍彈簧、熱圈及機(jī)器部件等。0Cr17Ni7A1不銹鋼的主要成分如表1所示。

0Cr17Ni7A1不銹鋼的上述特點(diǎn)，是由于其馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（Ms）較低，經(jīng)固溶處理后能獲得不穩(wěn)定的奧氏體組織，具有較好的塑性和成形性，便于進(jìn)行冷加工和焊接加工等。這種奧氏體組織可以通過熱處理或冷加工轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，并經(jīng)過時(shí)效處理，析出硬質(zhì)相，進(jìn)一步提高材料的硬度。

0Cr17Ni7A1不銹鋼用作彈性材料時(shí)，通常采用不同的熱處理工藝來實(shí)現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變和沉淀硬化，如通過固溶+冷拉+時(shí)效，固溶+調(diào)質(zhì)+冷處理+時(shí)效和固溶+調(diào)質(zhì)+時(shí)效來獲得不同的使用性能。然而對(duì)0Cr17Ni7A1不銹鋼的熱處理工藝的研究，尤其是結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件的研究報(bào)道較少。

為了實(shí)現(xiàn)0Cr17Ni7A1不銹鋼的工業(yè)化應(yīng)用，本文分析了不同熱處理工藝對(duì)0Cr17Ni7A1不銹鋼洛氏硬度的影響，探討了其硬化機(jī)制，為蝶形彈簧零件的生產(chǎn)和開發(fā)提供參考依據(jù)。

1試驗(yàn)

試驗(yàn)選用固溶態(tài)的0Cr17Ni7A1不銹鋼板材加工成蝶形彈簧零件，結(jié)構(gòu)如圖1所示。該蝶形彈簧零件的基本使用要求是洛氏硬度穩(wěn)定在42-47。0Cr17Ni7A1不銹鋼樣品在RYD-75-9型鹽浴爐中進(jìn)行高溫調(diào)整處理，在RQ3-60-9滲碳爐中進(jìn)行中溫調(diào)整和時(shí)效處理。具體熱處理工藝如表2所示。

2結(jié)果與討論

2.1熱處理工藝對(duì)0Cr17Ni7A1不銹鋼洛氏硬度的影響

根據(jù)蝶形彈簧零件的基本要求、加工情況以及車間現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，選用的工藝方法如下：加工成形-調(diào)整處理-時(shí)效處理-吹砂。首先對(duì)0Cr17Ni7A1不銹鋼進(jìn)行加工成形處理，然后進(jìn)行調(diào)整和時(shí)效處理（工藝1）。對(duì)工藝1生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行洛氏硬度分析，隨機(jī)在熱處理爐的不同位置選擇5個(gè)樣品測(cè)試其洛氏硬度（見圖2），可以發(fā)現(xiàn)，工藝1處理后的樣品的洛氏硬度平均值在28左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于要求的洛氏硬度指標(biāo)。

為了進(jìn)一步分析0Cr17Ni7A1不銹鋼的熱處理工藝對(duì)其洛氏硬度的影響規(guī)律，采用工藝2對(duì)其進(jìn)行熱處理，其洛氏硬度平均值約為22（見圖2）。這與徐效謙和嚴(yán)茂芳等的研究結(jié)果完全相反。

圖3為工藝2熱處理后0Cr17Ni7A1不銹鋼樣品的金相圖。從圖3中可以看出，材料的組織主要為奧氏體組織。奧氏體組織的硬度較低，這與材料的洛氏硬度約為22一致。

張文華和朱韜等研究表明，0Cr17Ni7A1不銹鋼的Ms較低。固溶處理后，組織中通常會(huì)有大量的奧氏體保留下來，因此在調(diào)整處理后應(yīng)采取一定的措施來提高馬氏體的轉(zhuǎn)變程度，以保證在時(shí)效前基本上保持馬氏體組織，之后再進(jìn)行時(shí)效處理，使其獲得高強(qiáng)度和良好韌性配合的綜合力學(xué)性能。

圖4為調(diào)整處理溫度對(duì)0Cr17Ni7A1不銹鋼Ms的影響。從圖4中可以看到，760℃調(diào)整處理時(shí)Ms略高于80℃，零件在室溫或更低的溫度下停留會(huì)導(dǎo)致奧氏體穩(wěn)定化，造成組織中馬氏體含量較低，導(dǎo)致其洛氏硬度偏低，僅為28左右。采用工藝2進(jìn)行950℃調(diào)整處理后和深冷處理前，由于沒有恒溫深冷處理設(shè)備，試樣采用保溫桶和液氮進(jìn)行深冷處理，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，調(diào)整處理與深冷處理時(shí)間間隔超過8h。低溫下長(zhǎng)時(shí)間停留會(huì)導(dǎo)致奧氏體穩(wěn)定化程度大大提高，在深冷處理時(shí)，樣品組織轉(zhuǎn)化成板條馬氏體的數(shù)量極少（見圖3）。

丁文華等的研究表明，為了完成馬氏體轉(zhuǎn)變，達(dá)到最大強(qiáng)化效果，需使樣品冷卻到15℃以下。由于受季節(jié)、地理位置等因素影響，760℃調(diào)整處理后空冷或水冷都不能保證零件溫度處于15℃以下。結(jié)合上述研究，采用工藝3對(duì)樣品進(jìn)行熱處理，760℃調(diào)整處理后空冷，然后在15℃以下進(jìn)行深冷處理。為了減少奧氏體的穩(wěn)定化，調(diào)整處理和深冷處理的時(shí)間間隔應(yīng)控制在1 h之內(nèi)。

圖5為工藝3處理后的0Cr17Ni7A1不銹鋼樣品的顯微組織圖。從圖5中可以看出，0Cr17Ni7A1不銹鋼組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l馬氏體。奧氏體減少，板條馬氏體增加。由于板條馬氏體的高硬度特性，使樣品的洛氏硬度達(dá)到45-46。針對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)條件，對(duì)樣品采用固溶處理-調(diào)整處理-深冷處理-時(shí)效處理工藝進(jìn)行生產(chǎn)，可以滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)要求。經(jīng)過多批次的重復(fù)生產(chǎn)試驗(yàn)，0Cr17Ni7A1不銹鋼樣品的洛氏硬度為44-47，重復(fù)性好，并且推廣到其他兩個(gè)產(chǎn)品，多次生產(chǎn)，洛氏硬度均穩(wěn)定在44-47。

2.2調(diào)整處理后室溫停留時(shí)間對(duì)0Cr17Ni7A1不銹鋼樣品硬度的影響

表3為調(diào)整處理后，室溫停留時(shí)間對(duì)樣品洛氏硬度的影響。從表3和圖5中可以看出，無論是工藝2還是工藝3，調(diào)整處理與深冷處理之間的時(shí)間間隔大于1 h均會(huì)使奧氏體穩(wěn)定化，降低樣品中板條馬氏體的含量，從而降低樣品的洛氏硬度。而停留時(shí)間小于1 h，0Cr17Ni7A1不銹鋼中奧氏體來不及穩(wěn)定化，進(jìn)行深冷處理時(shí)，會(huì)增加板條馬氏體的轉(zhuǎn)變程度，增加組織中板條馬氏體的含量，提高樣品的洛氏硬度，達(dá)到44-47。后經(jīng)多批次生產(chǎn)應(yīng)用，均未出現(xiàn)洛氏硬度不達(dá)標(biāo)問題。

3結(jié)論

（1）0Cr17Ni7A1不銹鋼經(jīng)過固溶處理-調(diào)整處理-深冷處理-時(shí)效處理，可以使0Cr17Ni7A1不銹鋼的洛氏硬度得到明顯提高。

（2）oCr17Ni7A1不銹鋼經(jīng)調(diào)整處理后將其冷卻至15℃以下進(jìn)行深冷處理，可以基本保持馬氏體組織，從而提高材料的洛氏硬度。

（3）實(shí)際生產(chǎn)中，調(diào)整處理和深冷處理的時(shí)間間隔不能過長(zhǎng)，需要小于1h，可減少組織奧氏體穩(wěn)定化時(shí)間，提高材料組織中的板條馬氏體轉(zhuǎn)變程度，提高材料的洛氏硬度。