首页 > 最新动态 > 影响15-5PH沉淀硬化不锈钢硬度的因素
最新动态
影响15-5PH沉淀硬化不锈钢硬度的因素
2024-11-2578

    沉淀硬化不锈钢是在不锈钢的基础上添加不同的合金元素，通过时效过程中析出金属间化合物和少量碳化物而硬化，获得高硬度、高强度并保持足够韧性和耐蚀性，是一种高强度不锈钢。马氏体沉淀硬化不锈钢通常在马氏体状态使用，通过改变时效温度可在相当宽的范围内调整其力学性能，是应用最广泛的沉淀硬化不锈钢。
    17-4PH(0Cr17Ni4Cu4Nb) 钢是目前国内外应用最广泛的沉淀硬化不锈钢之一。由于17-4PH沉淀硬化不锈钢中δ?铁素体含量较高（体积分数为5％左右），热塑性较差，热加工温度范围较窄，不适合制造大截面锻件。为解决这一问题，在17-4PH钢成分的基础上通过增加Ni含量和减少Cr含量，开发了15-5PH沉淀硬化不锈钢(0Cr15Ni5Cu4Nb)。15-5PH 钢中基本无δ?铁素体，耐蚀性与17-4PH大致相当，横向性能与热加工性能明显优于17-4PH钢，适用于大截面零件和复杂锻件。15-5PH钢具有较高的强度和韧性及优异的热加工成形性和耐蚀性，且热处理工艺简单。
     通过固溶和时效处理可控制钢中析出相的数量，或得不同级别的强度，因此在国内外航空工业用量很大，近年来在航空航天、核反应堆、卫星等尖端领域及海洋工程装备中的应用也日益增多，在低温机械装备等领域也有应用。
    15-5PH钢在(485±5)℃ 时效（井式炉保温60min，真空炉保温90min）后硬度可达40～47HRC。某零件硬度要求为44～46HRC，生产中常发生硬度偏低的情况。为此本文对15-5PH钢进行了热处理工艺试验，以提高其硬度。
1

试验材料及方法 

1.1 试验材料
     炼制了2炉15-5PH钢并编为1号和2号，其化学成分见表1。试样尺寸为?110ｍｍ×33ｍｍ。


1.2 试验设备
    机加设备有CD6140A车床、DK7725F线切割机、VTC-160AN立式加工中心和M7130磨床。固溶加热设备为RX3-65-12箱式炉；时效炉为WZH-45真空回火炉。检测设备有ESE6000标准洛氏硬度计和DM15000M光学显微镜。
1.3 试验方法
    固溶处理工艺为1040℃保温90min油冷。固溶处理后制备23ｍｍ×23ｍｍ×23ｍｍ 的试样，采用激光打标机在试样侧面刻号，炉号为14241130115的按1-1、1-2、…、1-10刻号，炉号为14241110141的按2-1、2-2、…、2-10刻号。随后对试样进行铣削、钻削、磨削试验和分别在400～620℃时效1.5、4、8和12ｈ。
2

试验结果 

2.1 机加工对硬度的影响

   将尺寸为23ｍｍ×23ｍｍ×23ｍｍ 方块试样铣削至21ｍｍ，铣削速率为60ｍ/min，进刀量分别为1ｍｍ、0.5ｍｍ、0.2ｍｍ；在铣削面中心铣一个?10ｍｍ的通孔。对1-1、1-2、1-3，2-1、2-2、2-3号试样进行磨削，磨削深度100μｍ，进给速度0.03ｍ/s，磨削后进行真空时效。对1-1～1.5，2-1～2-5试样进行真空时效，时效后再对1-5、2-5试样进行磨削。随后检测试样硬度。真空时效温度为480℃，时间90min。硬度检测结果见表2。

     表2数据表明，在铣削加工过程中，进刀量改变（1ｍｍ、0.5ｍｍ、0.2ｍｍ）对钢的硬度影响不大，孔附件区域未因铣削而使硬度提高，时效后进行磨削对硬度也无明显影响。铣削、钻削、磨削加工对15-5PH钢的硬度均无明显影响。

2.2  480℃时效时间对硬度的影响

    15-5PH沉淀硬化不锈钢是通过时效过程中析出弥散、细小的富铜相及球状Nb(CN)相强化的。

    采用真空炉对15-5PH钢试样进行了480℃保温240min的时效处理，随后检测试样硬度，结果如表3所示。表3结果表明，在480℃ 延长保温时间不能提高15-5PH钢的硬度。


2.3  450℃时效时间对硬度的影响

     郭亚杰等对15-5PH钢进行了450℃ ×240min的时效处理，结果表明其抗拉强度达1473MPa( 相当于46HRC)，断后伸长率高达11.4％；仇振安等对15-5PH钢进行了450～560℃时效，发现450℃时效的钢硬度最高，固溶处理随后时效的钢最高硬度达45HRC；彭新元等对15-5PH钢进行了400～620℃时效，发现450℃时效的钢硬度最高。据此，本文将时效温度降低至450℃，时间分别为1.5ｈ、4ｈ、8ｈ 和12ｈ，时效后硬度如图1所示。450℃时效4ｈ、8ｈ 和12ｈ 的15-5PH钢硬度均符合44～46HRC的要求。


2.4 450℃时效时间对显微组织的影响

   对450℃时效不同时间的15-5PH钢试样进行了金相检验，结果如图2所示。

    从图2可以看出450℃时效4ｈ的15-5PH钢板条马氏体细小、分布均匀，富铜相及球状Nb(CN) 相较多；时效8h的钢板条马氏体细小、分布均匀，富铜相及球状Nb(CN) 相更多；时效12h 的钢板条马氏体分布均匀，富铜相及球状Nb(CN) 相没有明显增多，晶粒粗大，硬度下降。延长时效时间对钢的显微组织无明显影响。

3

分析讨论

     以上试验结果表明，时效1.5ｈ效果不明显，强化相析出不多；450℃ 时效4、8、12ｈ 可使15-5PH钢强化，达到44～46HRC的硬度要求。而485℃时效4ｈ的钢未能达到这一硬度要求。其原因主要是485℃时效温度较高，延长保温时间会使析出的弥散细小的富铜相及球状Nb(CN)相长大，减弱了强化效果。450℃时效8ｈ的钢硬度与时效4ｈ的钢无明显差异，因为时效4h的15-5PH钢组织呈典型的板条状，板条中有高密度位错，且弥散细小的e?Cu颗粒和球状Nb(CN)析出相已趋于稳定，延长时效时间不能使钢的晶粒进一步长大。

    从加工质量、经济和能源等方面考虑，15-5PH钢的最佳时效工艺为450℃ 保温4ｈ。近5年来，15-5PH钢产品硬度合格率为100％，未发生硬度偏低不合格的现象。
4

结论 

(1)铣削、钻削和磨削等机加工对15-5PH马氏体沉淀硬化不锈钢的硬度无明显影响。
(2)固溶处理后在450℃ 时效，随着时效时间延长至4h，15-5PH钢的硬度提高，并达到44～46HRC的硬度要求；15-5PH钢的最佳时效工艺为450 ℃保温4ｈ。

作者：文/中国空空导弹研究院●赵广进


来源：热加工论坛

编辑：朱光明  校对：孙超  审核：吕东显 
媒体合作: 13501198334

点我访问原文链接