PH13-8Mo不同温度时效后高强度不锈钢的沉淀及其对机械性能的影响

原标题：分享：PH13-8Mo不同温度时效后高强度不锈钢的沉淀及其对机械性能的影响

张 良1、2、雍岐龙1、2、梁剑雄2、王长军2、杨志勇2

(1.昆明理工大学材料科学与工程学院，昆明 650093；2.北京 100081钢铁研究院特殊钢铁研究所)

摘要：将PH１３Ｇ８Mo925℃固溶处理分别为510、540、550、565、595 ℃时效处理研究了不同温度时效后试验钢中沉淀相的类型和含量，以及沉淀相对试验钢力学性能的影响.结果表明，在较低的温度时效后，试验钢中的沉淀相为六方结构M２C主要是中温时效后相对六方结构的 M２C、 面心立方M２３C６ 和 Ni３Al 以及体心立方结构 NiAl,高温时效后，体心立方 NiAl与 面心立方M２３C6 沉淀相为主；随着时效温度的升高，沉淀相的含量逐渐增加，试验钢的抗拉强度和屈服强度逐渐降低，塑料韧性不断提高；时效过程中沉淀的第二相颗粒可以阻碍位错运动，从而提高试验钢的强度；试验钢为925 ℃固溶、５４０ ℃时效处理后可获得更佳的综合力学性能.

关键词:PH１３Ｇ８Mo高强度不锈钢；及时处理；力学性能；沉淀相

中图分类号:TG142.71 文献标志码：A 文章编号:1000G3738(2017)03G0019G05

０ 引 言

PH１３Ｇ８Mo高强度不锈钢是一种典型的马氏体沉淀硬化不锈钢度和硬度高，韧性、延性和耐腐蚀性[1]，广泛应用于海洋工程、航空航天、航空、核能等机械部件[2-6].钢通常在固溶和及时处理后使用，这主要是由于时效过程中沉淀的细小而扩散的 NiAl相对位错起到钉扎作用，使钢具有优异的综合力学性能[7].

目前,国内针对 的人很少PH１３Ｇ８Mo系统研究高强度不锈钢在不同时效处理后的沉淀相类型和形状，因此作者详细研究了 PH１３Ｇ８Mo高强度不锈钢在不同温度下及时性后沉淀相的类型和含量，分析了相对试验钢力学性能的影响规律，给出了更佳综合力学性能的热处理工艺.

1 样品制备及试验方法

试验钢采用双真空冶炼工艺冶炼，开坯后精炼成直径50mm 棒材的化学成分为0.037(质量分数/%)C,０．００５Mn,１２．３Cr,８．３Ni,１．２Al,２．３Mo,０．０００６N.固溶及时处理后，固溶温度为925℃,保温１h,油冷,再在０℃保温１h;时效温度分别为510、540、550、565、595℃,空冷，每个时效温度下均保温4h.采 用 JEOLＧ２１００F 型 高 分 透射 (HRTEM)试验钢中沉淀相的类型、形状和尺寸观察不同时效处理后，并采用 X 射线衍射技术结合物理化学相分析方法分析沉淀相的类型；采用OlympusＧGX51型倒置光学显微镜观察不同温度时效处理后，测试钢的显微组织，腐蚀溶液为5%(体积分 )，三 氯 化 铁 +15% 盐 酸 +80% 水； PHILIPSAPDＧ１０型 X 射线衍射仪(XRD)测定残余奥氏体含量；参考 GB/T228.1-201 金属材料 拉伸试验 **部分:室温试验方法 WE室温拉伸试验在G300液压拉伸试验机上进行，拉伸试样直径为5 mm;参考 GB/T２２９－２００７?金属材料 夏比摆锤冲击试验方法?在JBNＧ３００B 在 型冲击试验机上进行 室温 冲击 试验， 样品 的尺寸 为10mm×１０mm×５５mm,开 V 型缺口.

2 试验结果与讨论

2.1 不同温度时效后沉淀相的类型和含量

由图１可见,在５１０℃和５４０℃时效后，试验钢中的析出相对于六方结构 M２C;当时效温度上升到565 ℃当时， 从六方结构中沉淀出来M２C和面心立方M２３C６、Ni３Al以及体心立方的 NiAl当时的时效温度 上升到 595 ℃ 时，分析 相为 面 心 立 方 M２３C 6和体心立方结构 NiAl.同时，从表1可以看出，随着时间温度的升高，钢中的第二相颗粒逐渐从基体组织中沉淀，其质量分数不断提高，基体中合金元素的含量不断降低.

从图2可以看出，试验钢在540 ℃时效处理后沉淀 M２C相,经 EDS分析后可以知道相为 Mo２C,它的尺寸很小，大约是30nm.从图3可以看出，在565 ℃时效处理后，试验钢中的 M２３C6 呈棒状分布，尺寸40nm 左右.从图4可以看出，在565 ℃时效处理后，试验钢中的 Ni３Al相 呈 球 状 分布，尺寸 10nm左右.

由图５可见,在５９５℃时效处理后，试验钢中颗粒尺寸较小的 NiAl球形弥散分布，尺寸为20nm 左右.

2.2 不同温度时效后的力学性能

固溶处理后,试验钢的抗拉强度为１１２０ MPa,屈服强度为730 MPa,断后伸长率为15%，断面收缩率为76%，冲击吸收能量为214J.

由图６(a)可见，随着时效温度的升高，试验钢的抗拉强度逐渐下降，从510开始℃时的１５７５MPa降低至５９５℃时的１１０４MPa;随着时效温度的升高，试验钢的屈服强度逐渐下降，从510 开始℃时的１４５８ MPa降低至５９５ ℃时的９０８ MPa.同时,由图６(b)可见，随着时效温度的升高，试验钢的断后伸长率、断面收缩率和冲击吸收能量呈上升趋势，断后伸长率为510 ℃12.5%提高到595 ℃时的２２％,

510 断面收缩率℃62%提高到595 ℃时的７３％,510冲击吸收能量℃时的５２J上升至５９５℃时的１５０J.

2.3 不同温度时效后残留奥氏体含量

从图7可以看出，保温时间相同(4h)随着时效温度的升高，试验钢中残留奥氏体的体积分数逐渐增加，从510开始℃5.47%增加到595℃时的２７．８１％.这是因为随着时间温度的升高，奥氏体化转化温度越来越接近试验钢。由于镍的扩散逐渐加快，局部富集，残留奥氏体的含量逐渐增加.

2.4 不同温度时效后的显微组织

从图8可以看出，经过不同温度的时效处理后，试验钢的基体组织为小板马氏体+少量残余奥氏体.

２．５ 讨 论

从以上分析可以看出，在540℃及时处理后，试验钢的抗拉强度和屈服强度明显高于固体溶解处理后的强度。主要原因是试验钢在及时处理后沉淀出小而分散的 M２C粒子,它起着沉淀强化的作用，从而提高了试验钢的强度.不同类型的第二相粒子在不同的时间温度下沉淀，对沉淀硬化不锈钢的强度和塑性有很大的影响[8-10]. 由式(1)所示Orowan公式显示，当位错以绕过机制滑移到不可变形的第二相粒子时，第二相粒子对材料的强化效果和第二相粒子的尺寸d 与第二相粒子的体积分数成正比[11].试验钢中沉淀的第二相粒子尺寸为20nm 可以提高试验钢的强度.

式中:Δτ 强度增加；α 为常数;G 切变模量；b位错柏氏矢量； 是第二相粒子的体积分数；d 为第二相粒子的颗粒尺寸.

此外，第二相粒子也有助于提高材料的塑性.有人给出了第二相粒子与材料塑性之间关系的理论公式[12]式(2).

式中:σ为真应力;k 为材料系数；ε为真应变. 由于试验钢中的沉淀相粒子小，分布分布分布分散，位错在其变形过程中不断在不变形的第二相粒子处产生位错圈，从而提高了试验钢的塑性. 随着时间温度的升高，试验钢中残留的奥氏体含量不断增加，使试验钢的冲击吸收能量不断增加 .试验钢含有大量的板马氏体和少量的残余 奥氏体，奥 层 错 能 低于 层 错 能[13]，使残余奥氏体具有较高的韧性，因此 马氏体板中的残余奥氏体可以提高试验钢 的韧性.

３ 结 论

(1)时效温度从510 ℃升高至５９５ ℃, 试验钢中的沉淀相含量逐渐增加，试验钢的抗拉强度 和屈服强度逐渐降低，但其塑性韧性呈上升趋势 ；固溶处理后540 ℃时效４h试验钢具有更佳的综合力学性能. (２)在５１０~５９５ ℃在时效过程中，试验钢中 起强化作用的沉淀相不同，低温(510 ℃和 ５４０ ℃)在时效过程中，沉淀相主要是小的六方结构 M２C;在中温(５６５℃)时效过程中， 析出相对于六方 结构的 M２C、 面心立方M２３C６、Ni３Al 以及体心立方结构 NiAl;在高温(５９５ ℃)时效过程中,析出相主要为 面心立方M２３C 和立方结构NiAl.

（3）试验钢在及时性过程中沉淀的第二相颗粒可阻碍 位 错 运动 ，提高 试验 钢 的 屈 服强度；限时性过程 中 残余 奥 体 含量 增加 提高 .

(文章来源:材料与测试网-机械工程材料 > 2017年 > 3期 > pp.19）回搜狐多看看

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