沉淀(dian)硬(ying)化不銹鋼是一(yi)類含(han)沉淀(dian)硬(ying)化元素(su)(Cu、Al、Ti、Nb)的(de)(de)鐵鉻(ge)鎳合金(jin),可以通過熱處理強(qiang)化,此(ci)類鋼具有高強(qiang)度、足夠的(de)(de)韌(ren)性和適宜的(de)(de)耐蝕(shi)性。主要應(ying)用于(yu)宇航工業(ye)和一(yi)些高技術產業(ye)。
沉(chen)淀硬化(hua)不銹(xiu)鋼(gang)可區分為馬(ma)(ma)氏(shi)體、半奧氏(shi)體和奧氏(shi)體沉(chen)淀硬化(hua)不銹(xiu)鋼(gang)三種主要(yao)類型,近年來(lai)(lai)又出(chu)(chu)現了鐵(tie)素體沉(chen)淀硬化(hua)不銹(xiu)鋼(gang)。在馬(ma)(ma)氏(shi)體沉(chen)淀不銹(xiu)鋼(gang)中,基于馬(ma)(ma)氏(shi)體時效鋼(gang)的經(jing)驗,近年來(lai)(lai)出(chu)(chu)現了馬(ma)(ma)氏(shi)體時效不銹(xiu)鋼(gang),與(yu)前(qian)者(zhe)(zhe)比較,后者(zhe)(zhe)碳含(han)量較低,其強化(hua)手段主要(yao)是靠金屬(shu)間化(hua)合(he)物析出(chu)(chu),且熱(re)處理簡單。
a. 沉(chen)淀硬化不(bu)銹鋼的熱處理(li)
沉(chen)淀(dian)硬化(hua)不(bu)銹鋼的(de)(de)熱處理是獲得(de)良(liang)好綜合性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)重(zhong)要工(gong)(gong)藝(yi)手(shou)段,沉(chen)淀(dian)硬化(hua)不(bu)銹鋼熱處理工(gong)(gong)藝(yi)復雜,只(zhi)有按所規(gui)定溫度(du)、時間(jian),冷卻速(su)度(du)控制參數執行(xing)才能(neng)(neng)得(de)到理想的(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)。各類(lei)沉(chen)淀(dian)硬化(hua)不(bu)銹鋼的(de)(de)熱處理規(gui)范(fan)將在后續(xu)章節予(yu)以(yi)詳細介紹。
b. 沉(chen)淀(dian)硬化(hua)不銹(xiu)鋼中(zhong)沉(chen)淀(dian)硬化(hua)相
在沉淀硬化(hua)(hua)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong),經時效處(chu)理后其主(zhu)要沉淀硬化(hua)(hua)相(xiang)(xiang)有面心立方結(jie)構(gou)富銅(tong)相(xiang)(xiang)-ε相(xiang)(xiang),具有CsCI結(jie)構(gou)的(de)NiAl金(jin)屬間(jian)化(hua)(hua)合物、M23C6、X相(xiang)(xiang)、Laves(n)相(xiang)(xiang)、γ'等,時效相(xiang)(xiang)的(de)類(lei)型與存(cun)在與否和合金(jin)成分、熱處(chu)理條件(jian)相(xiang)(xiang)關,在各類(lei)沉淀硬化(hua)(hua)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)已發現(xian)的(de)沉淀相(xiang)(xiang)見表5-1。
至目前為止,在世界(jie)范(fan)圍內(nei)已有十多個牌號,我(wo)國標準(GB1220-92)列入三個牌號。
1. 馬(ma)氏體型沉淀硬(ying)化不銹鋼
馬氏體(ti)(ti)型沉淀硬化不(bu)銹鋼(gang),在固溶狀態下為馬氏體(ti)(ti),隨后通過簡單(dan)的(de)時效處(chu)理即可(ke)獲得高的(de)強度和(he)適宜韌性的(de)配合。
馬氏體沉淀硬化不銹鋼,如17-4PH的M,恰好室溫以上,因此從適宜的固溶處理溫度,空冷可完全轉變馬氏體,然后在480~620℃單一時效即可達到硬化的目的,對于一些不能完全轉變成馬氏體的鋼種,可增加冷處理工序,然后再時效處理。馬氏體不銹鋼的熱處理工藝見圖5-1。對于不同牌號其固溶溫度和冷卻速度的控制有所區別,如PH13-8Mo。其固溶處理溫度為925℃,為獲得更高的強度,有時需增加冷處理環節。Custom455的固溶處理溫度為830℃。時效處理溫度通常在480~510℃,使用標準時效時間、使之處于完全時效或輕微過時效狀態,可獲得最佳強度和韌性配合。在510℃以上時效,將處于明顯過時效狀態,此時鋼具有較高的塑韌性,因此可根據使用要求進行選擇時效溫度。
2. 半(ban)奧(ao)氏體沉(chen)淀硬化(hua)不銹鋼
這(zhe)類沉(chen)(chen)淀(dian)硬化不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)化學成(cheng)(cheng)分處(chu)(chu)(chu)于(yu)平(ping)衡(heng)狀態,M,點低(di)于(yu)室(shi)溫(wen)(wen),因此從固溶處(chu)(chu)(chu)理(li)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)冷(leng)至室(shi)溫(wen)(wen),鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)織主要是奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織,具有(you)良好的(de)(de)(de)(de)韌性利于(yu)成(cheng)(cheng)型加工,但為(wei)了使(shi)其轉(zhuan)變(bian)(bian)成(cheng)(cheng)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti),必須(xu)通(tong)過(guo)調(diao)整(zheng)(zheng)處(chu)(chu)(chu)理(li),調(diao)整(zheng)(zheng)處(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是通(tong)過(guo)碳(tan)和(he)合金元素(su)從奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong)(zhong)析(xi)出提高(gao)(gao)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)M,和(he)M,以(yi)便利于(yu)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變(bian)(bian)。調(diao)整(zheng)(zheng)處(chu)(chu)(chu)理(li)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)對這(zhe)種轉(zhuan)變(bian)(bian)將產生(sheng)較大(da)影響。假如(ru)(ru)采用(yong)低(di)的(de)(de)(de)(de)調(diao)整(zheng)(zheng)處(chu)(chu)(chu)理(li)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(730~760℃),M,可(ke)升(sheng)至室(shi)溫(wen)(wen)附(fu)近(jin),在冷(leng)卻過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong),馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變(bian)(bian)是完(wan)(wan)全(quan)的(de)(de)(de)(de)。如(ru)(ru)果采用(yong)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)調(diao)整(zheng)(zheng)處(chu)(chu)(chu)理(li)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(930~955℃),因析(xi)出的(de)(de)(de)(de)碳(tan)較少(shao),M,仍(reng)保(bao)持在攝氏(shi)零度(du)(du)(du)以(yi)下溫(wen)(wen)度(du)(du)(du),此時(shi)(shi)鋼(gang)不能完(wan)(wan)全(quan)轉(zhuan)變(bian)(bian)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti),為(wei)了完(wan)(wan)全(quan)轉(zhuan)變(bian)(bian)成(cheng)(cheng)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti),必須(xu)施予冷(leng)處(chu)(chu)(chu)理(li)工序。調(diao)整(zheng)(zheng)處(chu)(chu)(chu)理(li)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)愈高(gao)(gao),因固溶體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong)(zhong)含碳(tan)量高(gao)(gao),所(suo)(suo)轉(zhuan)變(bian)(bian)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)較低(di)溫(wen)(wen)調(diao)整(zheng)(zheng)處(chu)(chu)(chu)理(li)所(suo)(suo)轉(zhuan)變(bian)(bian)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)具有(you)更高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)(du)。此外,亦可(ke)借助(zhu)冷(leng)加工完(wan)(wan)成(cheng)(cheng)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變(bian)(bian)。這(zhe)些馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織隨后在455~565℃時(shi)(shi)效(xiao)1~3h使(shi)之進一步(bu)強(qiang)化,半奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)硬化不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)典型熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)制度(du)(du)(du)見圖5-14。較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)效(xiao)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du),可(ke)提高(gao)(gao)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)韌性,但降低(di)了可(ke)能達(da)到的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)(du)和(he)達(da)此目的(de)(de)(de)(de)所(suo)(suo)需(xu)的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)效(xiao)時(shi)(shi)間。對于(yu)大(da)多數沉(chen)(chen)淀(dian)硬化不銹鋼(gang)在480~510℃時(shi)(shi)效(xiao),使(shi)用(yong)標準的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)效(xiao)時(shi)(shi)間,使(shi)之處(chu)(chu)(chu)于(yu)完(wan)(wan)全(quan)時(shi)(shi)效(xiao)或輕(qing)微過(guo)時(shi)(shi)效(xiao)狀態,可(ke)獲得(de)最佳的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)(du)和(he)韌性配合。在510℃以(yi)上溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)時(shi)(shi)效(xiao),處(chu)(chu)(chu)于(yu)明顯的(de)(de)(de)(de)過(guo)時(shi)(shi)效(xiao)狀態,僅在要求具有(you)較高(gao)(gao)韌性的(de)(de)(de)(de)情況下使(shi)用(yong)。
3. 奧氏體沉淀(dian)硬化不(bu)銹鋼
奧氏(shi)體沉(chen)淀(dian)硬化(hua)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)Ms點低到(dao)使其不(bu)能轉變(bian)成馬氏(shi)體,主要采用Mo固(gu)溶強(qiang)化(hua)和在奧氏(shi)體基體上析(xi)出金屬(shu)間化(hua)合物予以強(qiang)化(hua)。與前兩類沉(chen)淀(dian)硬化(hua)不(bu)銹(xiu)鋼不(bu)同,它(ta)的(de)(de)熱處(chu)理(li)工藝較(jiao)為簡單,在適宜的(de)(de)固(gu)溶處(chu)理(li)后(hou)再(zai)施(shi)以簡單的(de)(de)時效,即可達(da)到(dao)強(qiang)化(hua)目的(de)(de),同時保留相(xiang)當高的(de)(de)塑韌性水平。