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0Cr15Ni25Ti2MoAlVB奥氏体耐热不锈钢高温合金的热处理工艺
中国GB/JB标号:0Cr15Ni25Ti2MoAlVB;日本JIS标号:SUH660;美国AISI标号:660;美国ASTM标号:K66286;法国AFNOR标号:Z6NCTDV25.15B(NF)。
0Cr15Ni25Ti2MoAlVB力学性能如下:抗拉强度σb(MPa):≥900;屈服强度σ0.2(MPa):≥590;伸长率δ5(%):≥15;断面收缩率ψ(%):≥18;硬度:≥248HB。
0Cr15Ni25Ti2MoAlVB热处理规范:固溶885~915℃或965~995℃快冷;时效700~760℃,16h空冷或缓冷。金相组织:组织特征为奥氏体型。
0Cr15Ni25Ti2MoAlVB是奥氏体型耐热不锈钢,也可称为高温合金。该钢退火状态下塑性和韧性较好,可以进行冷镦成形,切削加工性能和热处理性能良好,可使用到650-700℃,用于耐热、耐腐蚀的受力的螺栓完全可行,具有高强度、高抗松弛性、低缺口敏感性、一定的持久强度、良好的抗氧化性。
奥氏体型不锈钢0Cr15Ni25Ti2MoAlVB钢可作为耐热钢使用,这是由于奥氏体的再结晶温度高,铁和其它元素的原子在其中的扩散系数小,故其强化稳定性比铁素体高,用于工作温度高于650℃的耐热紧固件多系奥氏体材料,是以奥氏体型不锈钢为基础添加一些热强性的合金元素而成。它们既有优良的耐蚀性,也有相当好的耐热性能。
0Cr15Ni25Ti2MoAlVB钢含有大量的奥氏体稳定化元素,如铬、镍、钼、钛等合金元素。铬、镍在奥氏体型耐热钢中,能提高其抗氧化性;钼能提高奥氏体型钢的热强性;钛是比铬更易与碳结合形成稳定碳化物的元素,钛含量1.90%可以使大部分的碳存在于钛的碳化物之中,从而改善钢的抗晶间腐蚀能力。合金添加中有Al等元素,这种材料经过高温处理,并进行长时间的时效后,在组织中析出一种弥散的金属化合物,从而使该材料的抗拉强度提高。
一个材料的性能很大一部分来自于其自身的成分结构配比,现在龙拓金属模具钢客服就带您来了解0Cr15Ni25Ti2MoAlVB不锈钢中各个元素所起到的作用。
碳(C):提高钢件强度,尤其是其热处理性能,但随着含碳量的增加,塑性和韧性下降,并会影响到钢件的冷镦性能及焊接性能。含量过高会降低其延展性和耐蚀性。
锰(Mn):提高钢件强度,并在一定程度上提高可淬性。即在淬火时增加了淬硬渗入的强度,锰还能改进表面质量,但是太多的锰对延展性和可焊性不利。并会影响电镀时镀层的控制。
镍(Ni):提高钢件强度,改善低温下的韧性,提高耐大气腐蚀能力,并可保证稳定的热处理效果,减小氢脆的作用。
铬(Cr):能提高可淬性,提高耐腐蚀能力,并有利于高温下保持强度。可增加抗氧化性,使品粒细化,增加强度,硬度和耐磨性。
钼(Mo):能帮助控制可淬性,降低钢对回火脆性的敏感性,对提高高温下的抗拉强度有很大影响。
硼(B):能提高可淬性,并且有助于使低碳钢对热处理产生预期的反应。
矾(V):细化奥氏体晶粒,改善韧性。
硅(Si):保证钢件的强度,适当的含量可以改善钢件塑性和韧性。
磷(P) 使钢产生冷脆和降低钢的冲击韧性;但可改善钢的切削性能。
铝(Al)脱氧,细化晶粒,增加钢的强度硬度和耐磨性;有助于钢的氮化,因而可提高钢的热稳定性。
钛(Ti)可细化晶粒,降低钢的过热倾向性。能防止产生晶间腐蚀现象,Ti能与S作用,降低硫的热脆作用。
接下来进入正题,我们来制定0Cr15Ni25Ti2MoAlVB加工路线:
备料→固溶→冷镦→再结晶退火→去应力回火→切六角头→搓丝→清洗→稳定化处理→时效处理→着色上蜡。
0Cr15Ni25Ti2MoAlVB制定预备热处理和最终热处理:
该钢中含有大量的奥氏体稳定化元素,如镍、铬、钼和铌等合金元素,所以可在室温下得到稳定的奥氏体组织。理想的热处理工艺是使该钢获得均匀分布的细晶奥氏体组织,具有良好的热强性和热稳定性,在高温时强度和塑性的综合力学性能较好,同时也能增强其抗腐蚀的能力。
奥氏体不锈钢在常温下为奥氏体组织,没有淬硬性,没有相变点,加热不会发生相变,故不能通过淬火和回火来改变其性能。这里采用固溶、再结晶退火、去应力退火、稳定化处理和时效处理工艺以改变其性能。
1、预备热处理:
冷墩用耐热0Cr15Ni25Ti2MoAIVB钢丝牌号、化学成分符合GB/T 1221一2007或GB/T 14992一2005标准要求,固溶状态交货,室温硬度≥200 HRW。为了达到M8螺栓丝坯尺寸功7.02一} 7.05 mm,必须经过材料高温拉拔,这时材料硬度可达到38 HRC以上,不能进行冷加工成型,应进行固溶处理,以达到软化目的。
0Cr15Ni25Ti2MoAlVB固溶:
所谓固溶处理,是指将合金加热到高温奥氏体区保温,使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺。
固溶处理是为了溶解基体内碳化物、γ’相等以得到均匀的晕饱和固溶体,便于时效时重新析出颗粒细小、分布均匀的碳化物和γ’等强化相,同时消除由于冷热加工产生的应力,使合金发生再结晶。其次,固溶处理是为了获得适宜的晶粒度,以保证合金高温抗蠕变性能。固溶处理的温度范围大约在980~1250度之间,主要根据各个合金中相析出和溶解规律及使用要求来选择,以保证主要强化相必要的析出条件和一定的晶粒度。对于长期高温使用的合金,要求有较好的高温持久和蠕变性能,应选择较高的固溶温度以获得较大的晶粒度;对于中温使用并要求较好的室温硬度、屈服强度、拉伸强度、冲击韧性和疲劳强度的合金,可采用较低的固溶温度,保证较小的晶粒度。高温固溶下理时,各种析出相都逐步溶解,同时晶粒长大;低温固溶处理时,不仅有主要强化相的溶解,而且可能有某些相的析出。对于过饱和度低的合金,通常选择较快的冷却速度;对于过饱和度高的合金,通常为空气中冷却。
成品丝固溶温度采用(990±10)℃保温1.5h,然后水冷。固溶处理采用井式渗碳加热炉RQ3-90-9D,通常耐热钢热处理保护气氛主要是氢气,但氢气难以购买,一般可用放热式气氛或氮基气氛,笔者采用甲醇20一40 d/min和氨气0.15 L/h、或氮气0.30 L/h保护,滴控式装置控制(以下再结晶退火830一850℃加热,稳定化处理830一850℃加热工序操作同)。
该钢材固溶处理加热时多采用预热或分段加热,由于螺栓丝坯直径较小,加上形状简单,可在炉温到达工艺温度(约900℃加热)时入炉。由于井式渗碳加热炉分上、下区控温,当炉内所有热电偶指示温度都达到工艺温度(990 C)时,开始计算保温时间90 min 。
固溶处理就是将钢加热至高温,使碳化物得到充分溶解,然后迅速冷却,得到单一奥氏体组织。经固溶处理后,硬度最低、塑性韧性良好,硬度在17一20 HRC,这时加工成型性能最好。固溶后不发生相变,处理后是过饱和的r-Fe固溶体。
b)再结晶退火和去应力退火:
再结晶退火是经冷形变后的金属加热到再结晶温度以上,保持适当时间,使形变晶粒重新结晶为均匀的等轴晶粒,以消除形变强化和残余应力的退火工艺。
去应力退火是为了去除由于塑性形变加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力(但不引起组织的变化)而进行的退火。
冷墩成型后冷作硬化倾向比较大,必须进行再结晶退火,温度830一850 C、保温2一3 h,使用设备RQ3-90-9D,采用甲醇20 w 40 dlmin和氨气0.15 L/h或氮气0.30 L/h保护。在该温度下加热时碳化物沿晶界及滑形线析出,硬度下降,后续再去应力回火700--710度,保温2--3 h,硬度在18-23 HRC o虽然比冷嫩后硬度只是有所下降,但由于奥氏体晶粒进行再结晶退火后,在冲床切六角头边时容易断屑,抗变形能力下降,提高模具寿命。
2、最终热处理工艺:
0Cr15Ni25Ti2MoA1VB钢合金元素铬、镍含量相对较低,故抗氧化温度仅在800℃以下,但是含弥散强化相形成元素(V, A1, Ti)量相对较高,在固溶体基体上可形成化合物强化相,所以常用热处理形式为固溶处理+时效。通过固溶处理,可使合金固溶强化;时效处理,可使合金析出细小强化相〔VC,Ni3A1, Ni3Ti , Ni3 ( A1.Ti ) ]碳化物,从而提高室温和高温强度。 在固溶处理后,螺栓经过前几道工序加工,为获得一定数量的碳化物使钢强化,必须进行调整处理。这里采用830一850C稳定化处理工艺,在此温度范围内,Cr23C6碳化物将溶解,保温Sh水冷或采用喷水冷却,以快速通过析出碳化物的温度区间,而TiC,VC碳化物仍然稳定,由此提高螺栓的抗晶界腐蚀能力。
不论经过何种调整处理后,螺栓还需要进行时效处理,它是使钢强化的途径,由固溶体中析出弥散碳化物质点而使钢硬度提高。时效温度选择690一710C,保温12一16h空冷,。
OCr15Ni25Ti2MoA1VB钢固溶加时效处理后的显微组织为:奥氏体+弥散化合物,化合物量约为2.5%。时效处理的温度和保温时间对最终力学性能影响甚小,时效处理温度确定为700C X 12 h。
由于热处理的装炉方式一般为散放推积方式,热处理的有效尺寸的确定就不能按照单个工件的尺寸来考虑,有效尺寸按散放推积厚度计算。热处理的炉型比较多,有盐浴炉、连续炉、多用炉等炉型。加热保温系数a=1.2~1.5min/mm(连续炉),a=0.35~0.45min/mm(盐浴炉)。在连续式电炉中的保护气氛一般采用甲醇滴注气氛。
0Cr15Ni25Ti2MoAlVB热处理检验:
由于热处理不当会引起一系列的热处理缺陷,以致零件报废,所以热处理之后需要对零件进行抽样检验,检验内容主要有:宏观组织的检验分析、微观组织的检验分析、力学性能的检验分析、内部组织的无损检测、热处理变形和开裂等。
如果发现零件不合格,需要对零件设计以及加工路线的制定进行一定的调整,直到零件合格率达到一定的要求。
成本经济性分析:
当数种工艺都能满足使用要求时,应该选用现有热处理条件,例如设备、淬火介质、工装夹具等,做到工艺流程简化、生产效率高、能耗低、操作简单可靠。