0Cr17Ni4Cu4Nb合金元素對力學性能的影響

0Cr17Ni4Cu4Nb它是典型的奧氏體沉淀硬化不銹鋼，含量很高Cr，Ni，Cu,沉淀硬化相沉淀后的固溶時效s-Cu,它分布在低碳奧氏體基體中，從而提高了材料的強度。由于其良好的韌性和塑性，它具有低碳馬氏體不銹鋼的高強度和高強度Cr-Ni奧氏體不銹鋼具有優異的耐腐蝕性、簡單的熱處理方法等優點，廣泛應用于核電、航空航天和機械化工領域，也是我國企業軸類零件的主要材料。為了便于控制我廠軸的加工質量，提高軸的使用壽命，本文重點研究材料組成，不同的熱處理方法對其機械性能、微觀組織形狀和加工變形的影響。

試驗方法及設備

試樣來自軸材本身的延伸端尺寸為105mmx140mm,標準拉伸試樣、金相試樣、沖擊試樣等。通過機械加工。GB/T1170-2008《不銹鋼多元素含量測定電暈放電原子發射光譜法(常規法)》采用移動式金屬分析光譜儀749-024對材料成分進行分析。WDW-300型微機電子拉伸試驗機，根據GB/T228.1-2010金屬材料拉伸實驗第1部分室溫拉伸實驗方法用于拉伸實驗。MR5000型倒置金相顯微鏡組織分析熱處理后的樣品。

合金元素對力學性能的影響

合金元素含有產生元素的鐵元素Cr，Mo，w.v，Nb，Al，Si和馬氏體產生元素C，N，Mn，Ni，Cu,CP鐵素體的存在會破壞0。Cr17Ni4Cu4Nb鋼的組織均勻性降低了材料的韌性和塑性，加速了材料在蠕變過程中的老化速度。因此，對于標準范圍內的成分，鐵素體產生的元素應盡可能保持在下限，而馬氏體產生的元素應保持在上限，以盡可能去除鋼中的鐵素體含量。

從0Cr17Ni4Cu4Nb根據鋼成分分析結果表1，材料成分含量在標準范圍內，Cr，Cu,Nb所有的內容都在下限，Ni中上限。不同系列材料的元素含量范圍存在一定差異，如KJ系列中Mn，Cr，Ni，Cu元素的含量相對較高，在一定程度上增加了材料的韌性和塑性。Cr含量高，容易產生鐵素體，導致C和CCr馬氏體轉化不*，會導致強度降低，韌性塑性增加。Cr17Ni4Cu4Nb鋼成分分析可以推斷KJ韌塑性比系列LH良好的系列傾向。

KJ-3與KJ-4其它合金元素基本相同，Ni含量分別是4.3%和4.98%對應的R是1018MPa和1065MPa。再用LH-4與LH-6為例,其Ni含量分別是4.65%和4.33%,對應R。分別是1076MPa和1045MPa,詳圖1。由此可見，熱處理方法相同，其他元素的含量基本相同，隨之而來Ni隨著含量的增加，材料強度的增加，延伸率和沖擊強度的降低。

OCr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化鋼Ac，約為670℃,Ac,約為740℃,Ms為80~140℃,Mf約為32℃，常用的熱處理方法是1020~1060℃范圍內固溶處理，然后460~650℃范圍內的時效處理[5]，為了進一步細化顆粒，采用固溶+中間調節處理+時效處理[6]。我廠的軸材為固溶時效，具體熱處理方法參數如表2所示。

0Cr17Ni4Cu4Nb除了相同的固溶溫度外，鋼的三種不同的熱處理方法有不同的參數，其相應的力學性能結果如表3所示。在這三個樣品中，KJ沖擊平均值為207J,其韌塑性好，其次是進口軸料，LH相對較低的系列樣品；LH系列樣品的抗拉強度、屈服強度、伸長率和伸長率KJ系列相當，LH系列樣品的平均強度略高于KJ進口軸料系列樣品IT低強度的系列。

我公司產品質量反饋發現，KJ在加工和使用過程中，一系列材料的加工質量是穩定的，在加工和使用過程中沒有材料的質量問題，LH在一系列材料的加工過程中，多次出現彎曲變形，而進口軸材料的使用數量有限，沒有出現問題。說明當強度相等時，加工質量越穩定，加工質量越穩定。

一方面，這是和KJ奧氏體在合金元素系列中產生元素Ni，Cu含量高過LH相關系列。另一方面KJ系列樣品的固溶采用階段均溫，固溶保溫時間遠長于LH系列樣品、滲碳體和合金元素可以*溶解在馬氏體中。充足的絕緣時間進一步保證了合金元素的均勻分布。在油冷過程中，油的冷卻速度為500~350℃在最快的情況下，溫度冷卻速度迅速減慢，在馬氏體轉變區有較小的冷卻速度，可以降低組織應力，細化晶粒，提高材料的韌性和塑性。盡管LH固溶溫度為1040℃,但是保溫時間很短，合金元素可能會收縮。此外，冷卻方式為水冷，水冷卻速度最快為400~100℃范圍內，與馬氏體轉換區(約140)~32c)[部分溫度重疊，即馬氏體在過快的冷卻速度下變化，組織應力相對較大。如果隨后的應力沒有*消除，在加工過程中（特別是長軸零件的加工）很容易變形，如彎曲。最后不排除是LH由于熱應力、組織應力在材料內部產生殘余應力，導致加工過程中出現彎曲，系列材料的熱處理過程質量失控。

1)KJ系列試樣與LH系列相比,Cr，Ni，Cu,Mn特別是Ni含量高，鐵素體含量降低，韌性和塑性相對較好。今后要注意控制少量元素。N，Al，Ti，Co等含量。

2)在三種熱處理工藝中，當固溶溫度相同時，不同的固溶時間和冷卻方法對材料的微觀結構、機械性能和加工穩定性有很大的影響。1040℃固溶4h580℃時效10h與這一工藝相對應的韌塑性好，加工質量穩定。

3)在三個系列中，KJ其次是進口軸料，韌塑性好，其次是進口軸料，LH相對較低的系列；LH系列樣品抗拉強度、屈服強度、伸長率和伸長率KJ相當于系列，進口軸材料IT低強度的系列。