半奧氏體沉淀硬化不銹鋼的馬氏體點較低,在固溶處理后,組織中通常會有大量的奧氏體保留下來,強度較低,時效處理后得不到理想的硬化效果。因此,在固溶處理后,應采取措施,將材料的馬氏體點提高,以保證在時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和增加馬氏體量的方法通常有調整處理(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,其化學成分見表5-4,標準規定的力學性能見表5-5。
0Cr17Ni7Al 中的沉淀硬化元素是鋁,在時效時,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-調整處理(T)-時效處理(H).
固溶處理(A)-加工-調整處理(T)-冷處理(R)-時效處理(H).
固溶處理(A)-冷變形處理(C)-時效處理(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200HB左右。強度低,但塑性高。
固溶處理的溫度準確度、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,鐵素體量的增加更明顯。如果超溫太多,材料過熱而產生過量鐵素體,在以后的處理中很難消除,將直接影響時效后的處理質量。反之,如果固溶溫度過低,材料M.點會上升,冷卻后的組織中可能會產生部分馬氏體,這不僅給下一步的成型加工造成困難,還會因為這部分馬氏體過飽和碳及合金的量不足,達不到理想的硬度,也會影響最終的沉淀強化效果,得不到理想的硬度和強度,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注意這一問題。
2. 調整處理
調整處理的作用是通過加熱使奧氏體中的合金碳化物析出,降低奧氏體的穩定性,從而提高馬氏體轉變溫度,以保證奧氏體向馬氏體的轉變,調整加熱溫度不同,對馬氏體轉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在實際生產中的調整處理一般有兩種溫度選擇。
一種是當對鋼的強度要求不高時,可采用760℃左右的溫度加熱,Ms點可提高到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。然后再進行時效處理。
第二種情況是對鋼的強度要求很高時,可采用960℃左右的加熱溫度,此時鋼的M.點在-70~-60℃,冷卻后,基體是碳和合金充分過飽和的奧氏體,然后應再進行一次 -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遠高于經760℃左右溫度調整得到的馬氏體中碳和合金元素的過飽和程度。所以,高溫調整處理并經冷處理后得到的馬氏體基體強度高,經時效后,沉淀強化的效果也大。有試驗數據表明,0Cr17Ni7Al 鋼經固溶 960℃調整、 -73℃冷處理時效處理的強度比固溶 -760℃調整-時效處理的強度能提高20%左右。
調整處理的作用是調整M.點,調整處理溫度的準確程度對處理效果的影響相似于固溶處理。
0Cr17Ni7Al 經調整處理,Ms點上升50~90℃,而Mf點仍然是很低的,所以,為保證調整處理組織的更好轉變,調整處理時要保證充分的冷卻。
3. 冷處理
0Cr17Ni7Al冷處理的目的是使調整處理后還存在的奧氏體能繼續向馬氏體轉變。冷處理一般采用-73℃,較長時間地保持,通常保持8h以上,以確保奧氏體的充分轉變。采用-73℃保溫,是因為這個溫度已經低于經過調整處理(960℃左右調整)后的Ms 溫度。由于是在極低的溫度下轉變,才需要有較長的等溫保持時間。處理后再經時效處理,使材料獲得高的強度和韌性配合的綜合機械性能。
為保證好的冷處理效果,要注意在調整處理后盡快進行冷處理,最好不超過1小時,最多不要超過8小時,因為放置時間長了會促使奧氏體的穩定化,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度不同。有試驗研究表明,冷變形加工量大于50%時,才會突顯強化作用。冷變形量越大,時效后沉淀強化的效果越明顯,見表5-6。
5. 時效處理
0Cr17Ni7Al 時效處理時的主要沉淀析出物是鎳-鋁金屬間化合物。時效溫度的確定主要是根據對性能的要求和時效處理前的經歷程序。目前,通常使用的方式有以下幾種。
a. 固溶處理后采用760℃左右溫度調整處理,時效溫度采用560℃左右,空冷。
b. 固溶處理后采用960℃左右溫度調整處理,再進行-73℃左右溫度冷處理,時效溫度采用510℃左右,空冷。
c. 固溶處理后采用冷加工變形時(如冷拉絲、冷軋板等),時效溫度采用490℃左右,空冷。
時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,時效保溫時間一般要比固溶保溫時間延長1~2倍。以保證沉淀相的充分析出。