前已述及Cr13鋼鑄件,尤其是形狀復雜的鑄件,如葉輪、導翼等,會由于組織中含有較多的δ鐵素體,不僅影響機械性能,降低韌性,而且,自高溫冷卻過程中產生的脆化會導致產生裂紋(有時稱鐵索體裂紋)。因此,δ鐵素體的存在成為Cr13鑄鋼的特殊問題。如果δ鐵素體呈細粒狀、彌散分布時情況稍好些,而以較大塊狀存在或沿品界析出時,則會造成重大危害,且,δ鐵素體一旦形成,由于鉻的擴散速度慢,在熱處理加熱保溫過程中也不易消除。為減少Cr13型不銹鑄鋼中的8鐵素體,雖然用碳、氮、錳、鈷元素可以改善,但有的作用不明顯,有的會有其他的不利作用。因此,以加入0.5%~1.5%鎳元素來詞整組織成為有效的方法。鎳是擴大γ相區的元素,具有穩定組織的作用,鎳的加入還改變了相變點,見圖4-33,并使奧氏轉變曲線右移,見圖4-34。
鎳的(de)這種作用為(wei)材(cai)(cai)料的(de)熱處(chu)理(li)帶來好處(chu),在比較緩慢(man)的(de)冷(leng)條件(jian)下能(neng)獲得馬氏體(ti)組織,并提(ti)高鋼的(de)淬透性(xing)(xing),使該材(cai)(cai)料熱處(chu)理(li)具(ju)有新的(de)特點。鎳元素的(de)加入還明顯改善了材(cai)(cai)料的(de)焊接性(xing)(xing)能(neng)。
ZG1Cr13Ni及國外(wai)一些相似材料的成(cheng)分和性(xing)能標準參見表 4-11 和 表 4-12。
1. 退(tui)火
由(you)于鎳元素的(de)存在(zai),已經使(shi)ZG1Cr13Ni 的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)曲(qu)線比(bi)ZG1Cr13的(de)曲(qu)線右移,增(zeng)加(jia)了奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)穩(wen)定性,如果采(cai)用較高的(de)退(tui)(tui)火(huo)溫度(du)(du),會(hui)進一步(bu)增(zeng)加(jia)碳、鉻(ge)、鎳向(xiang)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)溶(rong)解量,促進奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)更穩(wen)定,在(zai)退(tui)(tui)火(huo)冷卻過(guo)程中,穩(wen)定的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不易發生(sheng)珠光體(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)(zhuan)變(bian),而轉(zhuan)(zhuan)變(bian)成貝氏(shi)體(ti)(ti)(ti)或部(bu)分馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti),使(shi)退(tui)(tui)火(huo)后的(de)硬度(du)(du)升高。我們曾經將(jiang)其(qi)與ZG1Cr13用850~900℃同時加(jia)熱退(tui)(tui)火(huo),結果ZG1Cr13Ni的(de)退(tui)(tui)火(huo)硬度(du)(du)達到260~280HBS.所以,這種鋼的(de)退(tui)(tui)火(huo)溫度(du)(du)應降低至750~800℃,保(bao)溫后爐冷至550℃以下(xia)出爐,退(tui)(tui)火(huo)后硬度(du)(du)應低于220HBS。
2. 淬火
ZG1Cr13Ni的常用(yong)淬(cui)火(huo)加(jia)熱(re)溫度(du)(du)為(wei)1000~1050℃,與不(bu)含鎳的ZG1Cr13相比(bi),淬(cui)火(huo)溫度(du)(du)有所提高(gao)(gao),這是為(wei)了使碳和合金元素較充(chong)分地溶解(jie),且不(bu)必擔心較高(gao)(gao)溫度(du)(du)加(jia)熱(re)會引起(qi)8鐵(tie)素體形成和晶粒長大等問(wen)題。淬(cui)火(huo)后(hou)可獲較高(gao)(gao)的硬(ying)度(du)(du),達(da)430HB以上(shang)。
淬火后的冷(leng)卻可以采(cai)用空冷(leng)。如果采(cai)用油(you)冷(leng),可提高(gao)沖擊韌性值。
3. 回(hui)火(huo)
ZG1Cr13Ni主要(yao)(yao)用(yong)(yong)來制作(zuo)有(you)一(yi)定(ding)耐腐(fu)蝕和綜合(he)機(ji)械性能要(yao)(yao)求的構件。所以,一(yi)般在(zai)淬(cui)火后,采用(yong)(yong)高溫(wen)(wen)回火,回火溫(wen)(wen)度根據對(dui)材料強韌比的不同(tong)要(yao)(yao)求,可(ke)用(yong)(yong)650~760℃加熱,保溫(wen)(wen)后空氣(qi)冷卻。
淬火并高(gao)溫(wen)回火組織為具有馬氏體(ti)(ti)形態的索氏體(ti)(ti),可能有少量δ鐵素體(ti)(ti)。
相似鋼種(J1S-SCS1)的回(hui)火溫度與機(ji)械性能關系見圖4-35。
4. ZG1Cr13Ni熱處理應(ying)注(zhu)意的問題(ti)
ZG1Cr13Ni常用(yong)于(yu)制造有耐腐蝕(shi)性、耐沖刷性和一定綜合(he)性能要求的鑄件,所以,熱處理對材(cai)料發揮這些作用(yong)有重(zhong)要的意義。
a. 合理(li)控制鎳含量是保證熱處理(li)效果的基本條件
前已述及(ji),鎳(nie)元(yuan)素(su)的(de)(de)添加對(dui)(dui)(dui)這種鋼(gang)有重要的(de)(de)作用(yong),所以,在(zai)實際生產(chan)中,對(dui)(dui)(dui)鎳(nie)含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)控制是(shi)重要的(de)(de),特別是(shi)有些標(biao)準中把鎳(nie)含(han)量(liang)(liang)標(biao)示為(wei)不大于1.00,容易使人(ren)們對(dui)(dui)(dui)鎳(nie)的(de)(de)含(han)量(liang)(liang)產(chan)生誤解。其實,在(zai)生產(chan)實踐(jian)中,對(dui)(dui)(dui)鎳(nie)有一個(ge)最(zui)佳的(de)(de)控制范圍,一般為(wei)0.5%~0.8%.鎳(nie)含(han)量(liang)(liang)太低(di),作用(yong)不明顯(xian),特別是(shi)當碳量(liang)(liang)為(wei)下限、鉻量(liang)(liang)為(wei)上限時,組織中的(de)(de)δ鐵素(su)體量(liang)(liang)難以保持(chi)在(zai)理(li)想(xiang)范圍,將引起鑄造裂紋或熱處理(li)裂紋和韌性(xing)指標(biao)偏(pian)低(di)。
鎳量(liang)太高(gao),淬火時(shi)的殘留奧氏(shi)體多,在以(yi)后的回(hui)(hui)火冷卻過程中,會有(you)新的馬(ma)氏(shi)體生(sheng)(sheng)成(cheng),從(cong)而使零件硬(ying)度(du)升(sheng)高(gao),脆性增加(jia)。如果遇到這種(zhong)情況,可以(yi)再進行(xing)一次(ci)回(hui)(hui)火,回(hui)(hui)火溫度(du)可按第一次(ci)回(hui)(hui)火溫度(du)或略低于第一次(ci)回(hui)(hui)火溫度(du)。使第一次(ci)回(hui)(hui)火產生(sheng)(sheng)的馬(ma)氏(shi)體進行(xing)回(hui)(hui)火轉變,可有(you)較好的效(xiao)果。
b. 淬(cui)火、回火后硬(ying)度(du)高的可能原因(yin)和(he)挽(wan)救措施
在正常回火(huo)(huo)的(de)情況下,檢查硬(ying)度(du)高(gao)(gao)于標準規定(ding)硬(ying)度(du),當檢測機械性(xing)能時(shi),常常是塑性(xing)、韌性(xing)不足,強(qiang)度(du)偏高(gao)(gao),產生(sheng)這種現象的(de)原因除了(le)前(qian)面說的(de)鎳元(yuan)素含量(liang)偏高(gao)(gao)外(wai),淬(cui)火(huo)(huo)溫度(du)偏高(gao)(gao)也會(hui)引起回火(huo)(huo)后(hou)(hou)硬(ying)度(du)升高(gao)(gao),這是因為(wei)淬(cui)火(huo)(huo)溫度(du)高(gao)(gao),使碳和合金(jin)元(yuan)素過(guo)量(liang)固溶于奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體中,增(zeng)加了(le)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體穩定(ding)性(xing),淬(cui)火(huo)(huo)后(hou)(hou)有較多殘留(liu)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體,這部分殘留(liu)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體在回火(huo)(huo)過(guo)程中發生(sheng)馬氏(shi)(shi)(shi)體轉變,使回火(huo)(huo)組織中產生(sheng)了(le)淬(cui)火(huo)(huo)馬氏(shi)(shi)(shi)體,致使硬(ying)度(du)、強(qiang)度(du)增(zeng)高(gao)(gao),塑韌性(xing)下降(jiang)。
這種硬度偏高的問題,可以在原工藝回火溫度或略低于原回火溫度的溫度范圍再一次回火。應注意,不能隨意用提高回火溫度的方法來降低硬度,因為鋼的回火溫度已經接近Ac1溫度,提高回火溫度就有可能高于Ac1轉變點,冷卻后組織會變化,不屬正常調質組織,同樣不能滿足要求的性能指標。