时效硬度(17-4PH（SUS630)高强钢固溶时效)

Posted 2023-05-28

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时效硬度(17-4PH（SUS630)高强钢固溶时效)

相近牌号

中国牌号0Cr17Ni4Cu4Nb

17-4PH是美国牌号(UNS S17400)

日本牌号SUS630

0Cr17Ni4Cu4Nb(630)是马氏体型沉淀硬化不锈钢的主要代表，通常简称17-4PH，该钢含碳量低，含有较高的铬、镍元素，经过固溶热处理产生马氏体转变和形成固溶体，使合金得以强化。同时材料中含有一定量的铜和铌，经过时效处理，从而在马氏体基体上析出细小、弥散的强化相，能够有效提高合金的强度。”。因此，17-4PH 具有良好的综合力学性能、优异的耐蚀性和良好的焊接性能。被广泛应用于航空航天、军工、海上平台等领域的结构零部件.航天工业大量使用马氏体沉淀硬化不锈钢制造与发动机相关零部件，17-4PH不锈钢经过压力加工制得的锻件主要用于宇宙飞船，其要求各项性能指标均高于现有国家标准，特别是其综合性能和均匀性要求极高。随着我国航天工业的快速发展，针对17-4PH 需要开展进一步的系统研究，掌握其组织、热处理与材料性能之间的关系，不断拓展其应用领域。本文旨在通过对比不同的热处理条件下的组织和性能，探索热处理工艺参数对马氏体组织、强化相沉淀析出的影响规律，确定最佳的热处理工艺，从而为最终生产高质量和高性能的空间技术用17-4PH锻件产品提供可靠的技术支持。

17-4PH沉淀硬化型不锈钢化学成分

热处理工艺

根据以上机理分析及实验方案，针对17-4PH不锈钢，采用两大类型固溶时效处理工艺∶固溶+时效方式、固溶+中间调整+时效工艺，具体工艺参数如表2所示。

固溶处理的组织主要是淬火马氏体+残余奥氏体+少量铁素体，材料硬度的提高主要来自于过饱和的淬火马氏体，马氏体组织中固溶大量的Cr、Ni等合金元素造成马氏体晶格严重畸变，使得合金具有约38HRC 的硬度。该硬度与锻造态组织的硬度相差不大，表明二者的组织差异不大，这与显微观察结果对应。时效后的硬度主要与合金中析出相的数量、大小和分布有关，17-4PH经过时效处理之后，马氏体中过饱和于固溶体的合金元素以化合物的形式脱溶析出，一方面析出沉淀相提高硬度，而另一方面时效后使得回火马氏体软化，硬度下降。因此时效处理后的组织和硬度，由这两方面因素决定，若沉淀硬作用效果强于马氏体硬度下降的因素，则合金的硬度增加，反之合金的硬度则下降。对比中间调整处理后经480℃时效的硬度检测结果可以看出，尽管中间调整得到的组织相对更加细小，析出相更多，但是中间调整处理使马氏体充分分解和均匀化，其硬度下降较多，即使再经480℃时效使得硬度有所提升，但合金的硬度最终仍然相对有所下降。

17-4PH不锈钢含有约4%的铜元素，在450~480℃时效时析出富铜沉淀相，促进钢的硬度升高。时效处理可以使马氏体中的碳及合金元素以碳化物的形式沉淀析出，析出相数量随时效温度的升高和时效时间的延长而增加，并逐渐生成长大。在时效的前期，由于析出相所引起的硬化效应超过固溶体的软化和基体的回复所引起的软化作用，所以，随时间的延长和温度的升高使得合金的硬度升高。17-4PH钢的碳含量远远低于1%，因此时效析出的合金元素不能形成高硬度的碳化物，时效析出的强化效果有限。随着时效温度的升高，硬度先增加然后下降，存在时效硬化温度峰值。温度过高，随着温度的升高硬度在下降，容易出现过时效；同时，时效的温度越高，硬度变化所需的时间就越短。温度的高低对时效的效果有着明显的影响，各种文献中17-4PH的时效温度区间在480~620℃之间。480℃一次时效时，时效马氏体增加不多，因此软化的趋势不明显，同时析出相也造成一定的强化，因此硬度达到约42HRC，比固溶前高，530℃、580℃时效时形成大量的时效马氏体，淬火马氏体的强化效果大大下降，而析出产物的强化效果不足以抵消这种趋势，因此造成硬度明显下降。增加815℃的中间调整处理有助于马氏体析出更多的弥散相，沉淀析出效果明显，同时降低淬火马氏体硬度的效果更明显，形成更多更细小的时效马氏体组织，但是由于析出强化效果不足以抵消回火马氏体软化的作用，因此，对比各温度一次时效的硬度检测结果，都有明显下降。综合以上分析可知，固溶后经480℃直接时效处理所获得的硬度最高，随着时效温度的增加，硬度值下降，480℃时效处理后的硬度值比热处理前的热锻态硬度值更高，材料的固溶强化及沉淀硬化效果得以显现，530℃、580℃时效时沉淀析出充分，但硬化效果不明显，经中间调整处理后析出更为充分，但材料硬化效果明显降低，时效硬度最低。