155PH鋼是一種馬氏體沉淀硬化不銹鋼國內(nèi)牌號為0Cr15Ni5 Cu3Nb。15-5PH鋼是在174PH不銹鋼的基礎(chǔ)上 ,為克服174PH組織中存在的百鐵素體造成塑性降低的缺點(diǎn)發(fā)展而來。具有高強(qiáng)度﹑優(yōu)良的橫向韌性﹑良好的可鍛性﹑變形小,耐蝕性與17-4PH不銹鋼相當(dāng)?shù)葍?yōu)點(diǎn)1。15-5PH不銹鋼的熱處理方法簡單﹐通過固溶處理形成馬氏體 ,經(jīng)時(shí)效析出強(qiáng)化相產(chǎn)生沉淀硬化。時(shí)效的制度不同,其獲得的力學(xué)性能不同。本文主要研究了不同熱處理制度對155PH鋼組織和性能的影響。

試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)用料采用真空感應(yīng)+電渣重熔的G108×18管料,供應(yīng)狀態(tài)為熱擠＋固溶。15-5PH不銹鋼的化學(xué)成分實(shí)測分析結(jié)果見表1 ,符合AMS5659L《自耗電極熔煉15Cr4. 5Ni-0. 3Nb-3.5Cu耐腐蝕鋼棒﹑鍛環(huán)、鋼坯》中的規(guī)定。

按HB5143——1996《金屬室溫拉伸試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)加工成5 mm的短試樣;按HB 5144—1996《金屬室溫沖擊試驗(yàn)方法》加工成U型缺口沖擊試樣。熱處理試驗(yàn)取3個(gè)固溶溫度:1020、1040、1060 ℃ 3種洽卻方式:空洽、真空淬火油洽.65℃熱水洽卻;8個(gè)時(shí)效溫度:450、465、480、495、510、525、540.560 ℃ ,

兩種洽卻方式:空洽.65℃熱水帛卻。拉伸代樣經(jīng)百種熱處理工藝處理后,磨削加工成型;沖擊試樣與拉伸試樣分組同爐經(jīng)各種熱處理工藝處理后,經(jīng)銑削、

研磨后加工成U型缺口試樣。固溶處理:①采用zY C2-65真空雙室加壓淬火爐加熱,爐溫均勻性±5 ℃,保溫時(shí)間為55 min ,真空淬火油洽卻;②采用RJX2-45高溫箱式電爐加熱 ,爐溫均勻性±5 ℃ ,保溫時(shí)間為35 min ,分別采用空氣、65℃熱水洽卻。時(shí)效

采用JH36井式回火爐加熱,爐溫均勻性±5 c ,480℃時(shí)效保溫0.5、1、2.3、4 h ,分別采用空洽.65 ℃熱水洽卻;其余溫度時(shí)效保溫時(shí)間均為4 h ,希卻方式均采用空洽。

拉伸試驗(yàn)取3個(gè)試樣平均值,在 CMT5205微機(jī)電子控制萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,試驗(yàn)溫度室溫(19 ℃)。沖擊試驗(yàn)取3個(gè)試樣平均值,采用JB-30沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖擊試驗(yàn),試驗(yàn)溫度室溫（20 c )。用HR150洛氏硬度計(jì)測試沖擊試樣硬度 ,每點(diǎn)沖擊試樣檢測硬度3次取平均值。將沖擊試驗(yàn)后試樣加工成金相試樣,采用DMIRM金相顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀察,試樣經(jīng)金相砂紙拋光并經(jīng)拋光機(jī)研磨,侵蝕劑為CuSO4溶液侵蝕時(shí)間15~20s。

表2為155PH不銹鋼不同溫度固溶后的力學(xué)性能,加熱設(shè)備選擇真空淬火爐,油洽。從表2中可以看出,隨著固溶溫度的升高,強(qiáng)度、硬度升高 ,但塑性﹑韌性降低。在1020 ~1060 ℃固溶后的硬度34 HRC左右,1040 ℃溫度固溶時(shí),強(qiáng)度與塑性的配合*佳。

表3為1040℃固溶(真空淬火爐加熱20 ~40 ℃油洽;箱式電阻吏加熱空氣和 65 ℃熱水洽卻) 480 ℃× 4 h時(shí)效空洽后的力學(xué)性能。從表3中可以看出,固溶空冶時(shí)效后的強(qiáng)度﹑硬度高;固溶油帛時(shí)效后強(qiáng)度低 ,而沖擊值高,硬度與采用空帛的相差不大。三種洽卻介質(zhì)洽卻速度: V熱水>V油> v 空氣 ,15-5PH鋼Ms點(diǎn)在室溫以上,空洽即可獲得高強(qiáng)度,洽卻速度不是影響馬氏體轉(zhuǎn)變的因素。為保證獲得較高強(qiáng)度,同時(shí)降低變形和開裂,對于加工余量較大的工件,應(yīng)采用空洽。

表4為供貨固溶態(tài)試樣經(jīng)480℃ ×1 h時(shí)效,冷卻介質(zhì)分別選用65℃熱水﹑空氣時(shí)效后的力學(xué)性能。從表4中可以看出,時(shí)效后空洽的抗拉強(qiáng)度﹑硬度稍高于采用熱水洽卻的,而沖擊值則明顯低于熱水洽卻的 ,時(shí)效后熱水洽卻可提高15-5PH不銹鋼的韌性。

1)15-5PH不銹鋼隨固溶溫度的提高強(qiáng)度﹑硬度提高 ,但塑性、韌性降低。固溶溫度1040℃左右時(shí),達(dá)到塑性與韌性的*佳配合。固溶空洽即可獲得馬氏體,得到高強(qiáng)度。

2) 15-5PH不銹鋼在450~465℃時(shí)效時(shí),強(qiáng)度、硬度高 ,而沖擊值低。隨著時(shí)效溫度的升高,強(qiáng)度﹑硬度降低,塑性 ,韌性提高在495℃左右出現(xiàn)明顯過時(shí)效。時(shí)效采用熱水洽卻能提高材料的沖擊性能﹐480℃時(shí)效1 h出現(xiàn)硬度﹑強(qiáng)度的峰值,沖擊值低,隨著保溫時(shí)間的延長,硬度﹑強(qiáng)度有所降低沖擊值升高。

3)15-5PH不銹鋼是一種馬氏體時(shí)效硬化不銹鋼,固溶空洽可獲得馬氏體+殘留奧氏體,隨著固溶溫度的升高 ,晶粒變大。在450 ~465℃時(shí)效出現(xiàn)峰值，主要與組織中細(xì)小的富銅相共格析出有關(guān) ,時(shí)效溫度升高,富銅相晶粒長大 ,逆轉(zhuǎn)變奧氏體增多,從而材料的強(qiáng)度,硬度降低,韌性增加。