热处理对S43100不锈钢力学性能的影响

热处理对S43100不锈钢力学性能的影响本文研究了热处理工艺对S43100不锈钢力学性能的影响。结果表明，S43100不锈钢主轴经1020℃正火+720℃回火+1000℃油淬+680℃第一次回火(油冷)+640℃第二次回火(空冷)工艺处理后，力学性能符合技术要求。S43100不锈钢是引进于ASTM标准中的材料，是一种马氏体-铁素体型不锈钢，因其高的耐腐蚀性和良好的力学性能，在工业上应用广泛。压缩机中主轴使用的材料为40NiCrMo7钢、1Cr13钢等，但由于材料在硝酸环境中的耐腐蚀性不如S43100不锈钢，因此在硝酸环境中的主轴首选材料改为S43100不锈钢。本文以S43100不锈钢为研究对象，通过分析不同热处理工艺对S43100不锈钢力学性能的影响，以期为合理使用此类材料提供一定的试验数据和理论依据。1、试验材料与方法试验用S43100不锈钢经锻造成形，其化学成分见表1。先将锻造成形的S43100不锈钢加工成3件30mm×30mm×300mm的试样后分别进行热处理，热处理工艺见表2。然后将试样加工成标距为30mm，平行部分直径6mm的棒状拉伸试样，并在RSA250(F295)万能试验机上按照GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》进行拉伸试验，冲击试样采用U2型缺口试样，在JWB-300(F405)冲击试验机上按照GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行室温冲击试验，另外在OLYCIAm3型光学显微镜上进行显微组织分析。表1S43100不锈钢的化学成分(质量分数，%)CMnSiSPNiCr0.1340.3890.2580.0010.0212.25416.82表2S43100不锈钢的热处理工艺编号热处理工艺（OC油冷/AC空冷）S1980℃OC+680℃OC+640℃OCS21020℃NC+720NC+1000℃OC+680℃OC+640℃ACS31020℃NC+720NC+1000℃OC+680℃OC+640℃AC+610(稳定化)AC2、试验结果与分析S43100不锈钢主轴技术要求如表3所示。从化学成分上说，S43100不锈钢类似于国内的14Cr17Ni2不锈钢，而且此次试验件的化学成分满足于GB/T1220-2007《不锈钢棒》中14Cr17Ni2钢的要求。文献中已经指出，Cr17Ni2型不锈钢的力学性能对合金成分、杂质限量和热加工工艺非常敏感，特别是回火温度对冲击韧度的影响明显，因此为获得良好的综合性能需要精确控制该钢的冶炼工艺及热加工工艺。此类钢种在550℃左右有回火脆性，并表现出二次硬化效果，即碳化物呈细小、弥散析出，造成点阵畸变，所以抗拉强度很高。S43100不锈钢的回火温度必须避开550℃脆化，并且此主轴的强度要求不高，因此S43100不锈钢的回火温度采用高于600℃。表3S43100不锈钢的技术要求RmRp0.2AZHB≥795≥625≥15≥44≤321试样热处理后的力学性能见表4。从表中可以看出，S1试样的冲击吸收能量不能满足其技术要求。S2试样经正火处理后，细化晶粒，并且组织均匀，但是采用1020℃正火处理，对于S43100不锈钢来说，在空冷的情况下就相当于淬火处理，得到的组织为淬火马氏体，而且淬火应力很大，常引起工件畸变或开裂；增加720℃回火处理，调整钢的组织结构，消除内应力，防止开裂。然后再进行相应的性能热处理，减少奥氏体，细化晶粒，使其满足技术标准的要求。S1、S2和S3试样经过回火后的组织都为回火索氏体、少量淬火马氏体以及块状分布的铁素体。文献中指出，不同回火温度下，S43100不锈钢都会存在(Fe，Cr)7C3碳化物，一方面影响了该材料的冲击韧度、增加晶间腐蚀几率，另一方面也起到了弥散强化作用。高温回火有助于Cr重新固溶到基体中去，故680℃回火时碳化铬的含量明显减少，其强度也随之下降；由于(Fe，Cr)7C3碳化物的减少，减少了晶间敏感性，增加了耐腐蚀性，而且性能满足其技术标准的要求。由于主轴粗加工到精加工的量较大，因此在加工过程中会产生一定的内应力；而且压缩机转子的装配过程为过盈形式，由于内应力的存在使其主轴在装配过程中产生弯曲现象，故主轴在精加工之前增加一道半精加工工序，然后进行稳定处理，使其稳定尺寸，减少内应力，然后再进行精加工过程。表4S43100不锈钢的力学性能如果稳定处理的温度高于回火的温度会影响其力学性能，因此采用比回火温度低30℃的温度进行稳定处理。通过表4的力学性能可以看出，S2与S3的力学性能一致，而且如图1所示，试样S2与S3一样，表现出相同的显微组织，即回火索氏体、少量淬火马氏体以及块状分布的铁素体，因此可以认为经过610℃稳定处理不影响其主轴的力学性能。S1S2S3图1S43100不锈钢的显微组织3、结论S43100不锈钢经过1020℃正火(空冷)+720℃回火(空冷)+1000℃淬火(油冷)+680℃第一次回火(油冷)+640℃第二次回火(空冷)后的力学性能可以满足技术标准的要求，再经过610℃稳定处理可以消除内应力，且力学性能不变。