文档介绍：化学成分和热处理对AM355不锈钢组织和力学性能的影响
孙永庆1,梁剑雄1,杨志勇1,李文辉1,张丽娜2
(,北京 100081;,辽宁抚顺 113001)
摘要:为满足飞行器用材需求,进一步提高AM355不锈钢的强度和硬度,研究了3种成分的使用真空感应+电渣重熔工艺冶炼、经锻造成型的Φ80mmAM355不锈钢棒。钢棒经不同温度淬火后,再进行深冷+回火处理并测试其力学性能。试验结果表明,在相近的w(Creq)/w(Nieq)下,钼含量较高的不锈钢棒容易得到较高的强度和硬度,并具有一定的塑韧性。经最佳热处理工艺(1000℃×1h空冷+(-70℃)×8h+450℃×2h空冷+200℃×2h空冷)处理后,该AM355不锈钢棒的强度和硬度有大幅度提高,抗拉强度提高约100MPa,硬度提高约HRC5。力学性能可达到:抗拉强度1630MPa、屈服强度1380MPa、伸长率16%、面缩率59%、冲击值51J、硬度50HRC。对该AM355钢棒中碳化物的类型和析出行为进行了扫描电镜和透射电镜观察,探讨了强化机制。结论认为钼元素含量和淬火温度对AM355的强度和硬度影响较大。
关键词:AM355;力学性能;热处理;高强度;强化机制
AM355是一种半奥氏体沉淀硬化不锈钢,经退火后其组织为奥氏体及部分索氏体,切削加工性能良好;经淬火、冷处理后组织为马氏体。回火后组织中析出强化相,使其具有较高的强度、塑韧性,并且具有良好的耐腐蚀性能,被广泛应用于制造航空工业的螺栓、起落架等受力零部件[1]。
近年来,航空器性能的提高对材料强度、硬度等提出了更高的要求。在钢材产品更新换代之前,利用现有牌号钢种进行性能改进是普遍的做法。本文通过改变AM355不锈钢的化学成分和热处理工艺,探讨了影响其强度的几种因素和强化机制。
1 研究过程及方法
试验材料
本文研究的AM355不锈钢3种试验用料来自某钢厂生产的Φ80mm锻造棒材,均使用真空+电渣工艺冶炼,经开坯、改锻后,在横截面1/2半径处钻取样屑,分析其主要合金元素的含量,结果见表1。同样在此处取纵向力学性能试样进行热处理。热处理工艺为淬火+深冷+回火,分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种(表2)。其区别在于淬火温度的不同,借以考察淬火温度对3种成分的AM355不锈钢的力学性能的影响。
试验方法
试样经热处理后制成标准拉伸试样(d0=5mm,l0=5d0),在WE-300液压拉伸试验机上测定其抗拉强度、屈服强度。量取计算伸长率、面缩率。在JBN-300B型冲击试验机上测定冲击吸收功。在TH300洛氏硬度计上测定硬度。使用Neophot-21型光学显微镜拍摄金相照片。采用PHILIPSAPD-10型X射线衍射仪(XRD,CoKα)测量残余奥氏体量。在H800型透射电子显微镜上进行TEM观察。使用日立S-4300型场发射扫描电镜(SEM)观察形貌。试样制备过程为:将薄片试样机械减薄至30~40μm,用冲样器冲成直径3mm原片,再用双喷电解减薄仪减薄成薄膜试样。双喷液为无水乙醇+5%高氯酸溶液,温度为-20~30
℃,电流为30~50mA。
2 试验结果
力学性能
3种成分的AM355不锈钢的力学性能与热处理工艺的关系如图1所示。可见,在950~105