影響1Cr17Ni2材料熱處理硬度的因素

摘 要：1Cr17Ni2不銹鋼材料，由于其原材料中存在不定量的δ鐵素體組織，元素成分波動大等原因，導致熱處理后硬度不符合技術條件，時常返工。根據熱處理試驗，發現了影響1Cr17Ni2材料熱處理硬度的因素，并根據1Cr17Ni2原材料中δ鐵素體的含量、元素成分，選用適宜的淬火溫度及回火溫度，解決返工率高的問題。

關鍵詞：δ鐵素體;元素成分;淬火溫度;回火溫度

1Cr17Ni2材料屬于馬氏體——鐵素體不銹鋼。其材料即保留了鐵素體鋼的耐蝕性，又具有馬氏體不銹鋼的高強度，具有良好的耐蝕性和較高的強度、切削加工性能及冷沖壓成形性能[1]，適用于制造在潮濕介質中工作的承力件，是軸、銷、螺栓等部件的專用材料。1Cr17Ni2材料在調質狀態下其顯微組織中主要包含馬氏體、δ鐵素體相、碳化鉻析出相及殘余奧氏體相。我單位1Cr17Ni2材料類零（組）件的技術條件一般為35HRC～40HRC，我單位使用的常規淬火溫度為960℃～980℃，常規回火溫度為490℃～545℃。但是由于1Cr17Ni2材料仍保留了高鉻鋼所具有的某些缺陷，如熱處理組織穩定性差、元素成分微量的波動就會引起鋼的組織性能較大的變化等缺陷，常常導致我單位1Cr17Ni2材料熱處理后硬度不合格，導致返工。

1 試驗內容

1.1 回火溫度對硬度的影響

選用不同批次的原材料進行熱處理試驗。對不同批的1Cr17Ni2材料用970℃淬火，不同回火溫度進行試驗，熱處理后測其HRC硬度，經過反復試驗得出，具體情況見表1。通過表1不難發現不同批的1Cr17Ni2材料在相同的淬火溫度處理后，在490℃～545℃回火溫度區間進行回火，熱處理后硬度隨回火溫度的升高而降低。對于H12-111、H14-107、H16-73等批的1Cr17Ni2材料可選用525℃～545℃溫度區間進行回火可滿足技術要求，能避免多次返工。經過反復試驗發現H17-23、H17-51、H17-52批的1Cr17Ni2材料在我單位常規的淬火溫度、常規的回火溫度進行熱處理后其硬度根本不能滿足技術要求。

故考慮回火溫度高是導致H17-23、H17-51、H17-52批1Cr17Ni2材料熱處理后硬度不合格的原因。故對不同批1Cr17Ni2用970℃進行淬火、300℃進行回火，熱處理后檢測其硬度，具體情況見表2，通過對比，不難發現H17-23、H17-51、H17-52批的1Cr17Ni2材料熱處理后硬度明顯偏低，根據HB/Z 80-2011《航空用不銹鋼熱處理》中1Cr17Ni2材料在950℃～1040℃進行淬火、300℃進行回火后，硬度應大于405HRC（換算值），故認為淬火溫度低是影響這幾批材料熱處理后硬度低的原因。

1.2 淬火溫度對硬度的影響

對不同批的1Cr17Ni2材料用不同的淬火溫度進行試驗，淬火后測其HRC硬度，具體情況見表3。

根據表3可以看出1Cr17Ni2材料在970℃～1030℃溫度區間進行淬火，材料的硬度隨著淬火溫度的升高而升高。常規的1Cr17Ni2材料在常規淬火（970℃）后的硬度大致為42HRC左右。但H17-23、H17-51、H17-52批的1Cr17Ni2材料在970℃淬火后只有36HRC左右，根據試驗發現H17-23、H17-51、H17-52這3批1Cr17Ni2材料在1030℃淬火時材料硬度值正常。根據表1、表2、表3試驗得出淬火溫度是影響H17-23、H17-51、H17-53批1Cr17Ni2材料熱處理后硬度不合格的主要因素。

1.3 δ鐵素體對硬度的影響

1Cr17Ni2不銹鋼材料金相組織中經常出現一種相——δ鐵素體相，δ鐵素體相是一種非常有害的組織，由于鋼中δ鐵素體的存在會影響到鋼的熱塑性，降低鋼的強度并惡化鋼的橫向韌性和耐蝕性，因此要求盡量減少鋼中δ鐵素體的含量，但是普通熱處理手段根本無法減少δ鐵素體含量，只能通過從材料加工的源頭控制1Cr17Ni2材料的化學成分和冶煉溫度，才可以將δ鐵素體相的含量控制在一定的水平。Cr、Mo、Si元素是鐵素體形成的主要元素，對鐵素體的形成有促進作用。Ni、C、Mn元素是奧氏體形成的主要元素，對鐵素體的形成有抑制作用[3]。當1Cr17Ni2原材料中鉻含量是上限，鎳含量是下限時，1Cr17Ni2原材料中的δ鐵素體的含量可能高達30%～40%。經對H17-23、H17-51、H17-52批的原材料進行δ鐵素體含量檢查，發現其δ鐵素體含量均在15%～20%左右。其他批材料δ鐵素體含量基本在10%左右。故認為在相同的熱處理制度下，原材料中含有的δ鐵素體含量越高，熱處理后材料的硬度就越低。

1.4 元素成分對硬度的影響

對不同批的1Cr17Ni2材料進行元素分析，具體情況見表4。

根據表4可以看出不同批的1Cr17Ni2材料元素含量均符合標準值，但是通過對比，不難發現H17-23、H17-51、H17-52批的1Cr17Ni2材料中Ni的含量低于2%，其他批1Cr17Ni2材料中Ni的含量均大于2%，Cr及C的含量基本與其他批次材料相同。在1Cr17Ni2不銹鋼中，雖然碳含量對減少δ鐵素體形成量影響最大，但是試驗中這幾批1Cr17Ni2原材料中的碳含量變化不大，而鎳的變化比較大，根據試驗得出對減少1Cr17Ni2材料中δ鐵素體形成量Ni元素的影響最大，故1Cr17Ni2原材料中Ni元素的含量越多，就會更好抑制原材料中δ鐵素體的產生，提高原材料熱處理的硬度。同時Ni元素是奧氏體形成的主要元素，對材料的奧氏體化有促進作用，淬火加熱的目的就是為了使材料奧氏體化，材料的奧氏體化越充分，淬火冷卻時形成的強化相就越多，硬度就會越高，性能就會更好，故Ni元素對減少1Cr17Ni2材料中δ鐵素體的含量及提高熱處理后材料的硬度影響巨大。試驗得出當C及Cr含量大致相同時，1Cr17Ni2原材料中Ni元素含量越多，原材料中δ鐵素體相就會越少，在相同的熱處理制度下熱處理后硬度就會越高。對H17-23、H17-51、H17-52批材料進行反復的熱處理試驗，試驗得出H17-23、H17-51、H17-52批（同一供應商）1Cr17Ni2材料經1030℃進行淬火、490℃～500℃溫度區間進行回火后，硬度可達到36HRC～37HRC，可滿足技術要求，熱處理后對其進行顯微試驗，發現δ鐵素體含量均在15%～20%，與熱處理前無明顯變化。

2 結論

（1）1Cr17Ni2材料在970℃～1030℃溫度區間進行淬火，淬火溫度越高，淬火后硬度就越高。

（2）1Cr17Ni2材料在相同的淬火溫度下淬火，在490℃～540℃溫度區間進行回火，回火溫度越高，材料熱處理后硬度就越低。

（3）1Cr17Ni2材料中Ni元素，對δ鐵素體的形成量有抑制作用。當1Cr17Ni2材料中C及Cr含量大致相同、Ni元素含量偏上限時，材料熱處理后硬度就會越高。

（4）對從XX供應商采購的1Cr17Ni2材料采用1030℃進行淬火、490℃～500℃溫度區間進行回火，可滿足技術要求。

（5）對于1Cr17Ni2原材料中Ni含量偏上，且鐵素體含量不大于10%的其他批1Cr17Ni2材料可采用970℃進行淬火、525℃～545℃溫度區間進行回火，可滿足技術要求。

參考文獻：

[1]鐘培道，盧影峰.中國航空材料手冊-1Cr17Ni2材料.北京：中國標準出版社，2002.

[2]于新年，王克喜，王廣生，孫楓，劉連生，張尊禮，王麗，焦清揚，王子淮.HB/Z 80-2011航空用不銹鋼熱處理.北京：中國航空綜合技術研究，2011.

作者簡介：王宇（1990—），男，滿族，山東莒南人，本科，工程師，研究方向：金屬材料熱處理。