高彈性
沉淀硬化型不銹鋼
1、沉淀硬化
? 沉(chen)淀硬(ying)化(hua)（析出強化(hua)）：指金屬在(zai)(zai)過飽和固(gu)(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)體(ti)(ti)中溶(rong)(rong)(rong)(rong)質原(yuan)子偏聚區和（或(huo)）由之脫溶(rong)(rong)(rong)(rong)出微粒彌(mi)散(san)分(fen)布(bu)于基體(ti)(ti)中而(er)導致硬(ying)化(hua)的(de)一種熱處理(li)工藝。如奧(ao)氏體(ti)(ti)沉(chen)淀不銹(xiu)鋼在(zai)(zai)固(gu)(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)處理(li)后或(huo)經冷加工后，在(zai)(zai)400～500℃或(huo)700～800℃進(jin)行沉(chen)淀硬(ying)化(hua)處理(li)，可獲得很高的(de)強度(du)。 即某些合金的(de)過飽和固(gu)(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)體(ti)(ti)在(zai)(zai)室(shi)溫(wen)下放置或(huo)者(zhe)將它加熱到一定溫(wen)度(du)，溶(rong)(rong)(rong)(rong)質原(yuan)子會在(zai)(zai)固(gu)(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)點陣的(de)一定區域內聚集或(huo)組成第二相(xiang)，從(cong)而(er)導致合金的(de)硬(ying)度(du)升高的(de)現象。
2、沉(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)型(xing)不銹鋼
? 沉淀硬(ying)(ying)化不銹鋼是(shi)鐵-鉻-鎳(nie)合金，為了發(fa)展高強(qiang)度(du)和高韌性(xing)，通(tong)過(guo)加入AL、Ti、Nb、V、N，在時(shi)效(xiao)(xiao)熱處理過(guo)程中(zhong)形成沉淀相。沉淀硬(ying)(ying)化不銹鋼的(de)基體組織可以是(shi)馬氏(shi)體或者(zhe)是(shi)奧氏(shi)體，取(qu)(qu)決(jue)于成分(fen)和處理過(guo)程。時(shi)效(xiao)(xiao)硬(ying)(ying)化馬氏(shi)體不銹鋼兼有(you)良(liang)好的(de)抗腐蝕(shi)性(xing)能和熱處理簡單的(de)特點。使用＊廣(guang)泛的(de)時(shi)效(xiao)(xiao)硬(ying)(ying)化馬氏(shi)體不銹鋼是(shi)17-4PH（0Cr17Ni4Cu4Nb）。時(shi)效(xiao)(xiao)硬(ying)(ying)化馬氏(shi)體不銹鋼對(dui)氯化物應力腐蝕(shi)開(kai)裂敏感。敏感性(xing)在某種程度(du)上取(qu)(qu)決(jue)于鋼的(de)牌號和時(shi)效(xiao)(xiao)溫度(du)。
? 按其(qi)組(zu)織形(xing)態可分(fen)為三(san)類：沉(chen)淀硬(ying)化半奧(ao)氏體型、沉(chen)淀硬(ying)化奧(ao)氏體型不銹鋼(gang)(gang)和沉(chen)淀硬(ying)化馬(ma)氏體型。列入我國國家(jia)標(biao)準鋼(gang)(gang)板牌號的(de)有(you)0Cr17Ni7A和0Cr15Ni7M02Al兩種(zhong)(zhong)，是屬于沉(chen)淀硬(ying)化半奧(ao)氏體型不銹鋼(gang)(gang)。該鋼(gang)(gang)的(de)組(zu)織特(te)點(dian)是在(zai)固溶(rong)或退火狀態時具有(you)奧(ao)氏體加(jia)體積分(fen)數為5%~20%的(de)鐵素體組(zu)織。這種(zhong)(zhong)鋼(gang)(gang)經過系列的(de)熱處(chu)理(li)或機械變形(xing)處(chu)理(li)后奧(ao)氏體轉變為馬(ma)氏體，再(zai)通(tong)過時效析出硬(ying)化達到(dao)所需要的(de)高強(qiang)度(du)(du)。這種(zhong)(zhong)鋼(gang)(gang)有(you)很(hen)好的(de)成(cheng)形(xing)性能和良好的(de)焊(han)接性，可作為超高強(qiang)度(du)(du)的(de)材料在(zai)核工業(ye)、航空和航天工業(ye)中(zhong)得到(dao)應用。
一、簡介
? 沉(chen)淀硬(ying)化不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(precipitation hardening stainless steel)在(zai)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)化學成分的(de)(de)基礎上添加(jia)不(bu)(bu)同類型、數(shu)量的(de)(de)強化元素，通過沉(chen)淀硬(ying)化過程析出不(bu)(bu)同類型和(he)數(shu)量的(de)(de)碳化物(wu)、氮(dan)化物(wu)、碳氮(dan)化物(wu)和(he)金屬(shu)間(jian)化合物(wu)，既提高鋼(gang)(gang)的(de)(de)強度又保持足(zu)夠的(de)(de)韌性(xing)的(de)(de)一類高強度不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)，簡(jian)稱PH鋼(gang)(gang)。
二、分類
? 根據鋼(gang)的(de)組織(zhi)可分為3類(lei)：(1)馬(ma)氏體沉淀(dian)硬(ying)化不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，以中國0Cr17Ni7TiAl和0Cr17Ni4Cu4Nb為代表(biao)。(2)半奧氏體沉淀(dian)硬(ying)化不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，以0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al為代表(biao)。(3)奧氏體沉淀(dian)硬(ying)化不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，它實際上為鐵基(ji)高溫合金，以0Cr15Ni20Ti2MoVB、
1Cr17Ni10P為(wei)代表。
設計要點?
（1）馬氏體沉淀硬(ying)化不銹鋼
? 鋼中碳含量(liang)一(yi)(yi)般≤0.1%，但≥0.05%，目的(de)(de)(de)(de)(de)是既有(you)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)焊接性(xing)(xing)(xing)(xing)、耐蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)，又具有(you)較好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)強韌性(xing)(xing)(xing)(xing)；鉻(ge)含量(liang)一(yi)(yi)般在16%～17%以(yi)保證足夠的(de)(de)(de)(de)(de)不銹性(xing)(xing)(xing)(xing)和耐蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)；合(he)適(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)鎳(nie)、鉻(ge)當(dang)量(liang)，以(yi)便(bian)鋼中δ-鐵(tie)素體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang)處于**水平(一(yi)(yi)般≤5%)，以(yi)免損害(hai)橫向性(xing)(xing)(xing)(xing)能和降低鋼的(de)(de)(de)(de)(de)強度。各種(zhong)合(he)金(jin)元素的(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)素體(ti)形成(cheng)效果如下：
0.1%N 0.1%C 1%Ni 1%Co 1%Cu
-20 -18 -10 -6 -3
1%Mn 1%w 1%Si 1%Mo 1%Cr
-1 +8 +8 +11 +15
1%V 1%Al
+19 +38
? 元素的(de)(de)配比應(ying)使馬氏體(ti)相變開始(shi)溫(wen)度(du)(Ms點(dian))在150℃以上(shang)馬氏體(ti)相變基本完成溫(wen)度(du)，(Mf點(dian))在50℃以上(shang)，下述經驗公式可(ke)作計算Ms點(dian)時(shi)的(de)(de)參考：
Ms={75(14.6-%Cr)+110(8.9-%Ni)+3000
[0.068-%(C+N)]+60(1.33+%Mn+50
(0.17-%Si)}，℃
添(tian)加適(shi)量(liang)沉(chen)淀(dian)硬化(hua)元素如銅和鈦等以便形成ε富銅相和NiTi相等進行強化(hua)。
(2)半奧氏(shi)體沉淀硬(ying)化不銹鋼(gang)
? 碳含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)一般在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)0.1%左右(you)，為(wei)改(gai)進鑄造性(xing)(xing)能(neng)鑄造鋼(gang)(gang)的(de)(de)碳含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)大于0.1%；他點(dian)的(de)(de)控制是本鋼(gang)(gang)設計的(de)(de)關鍵，這類鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)固溶處理(li)后(hou)為(wei)奧氏體(ti)(ti)組織，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)此狀態下(xia)進行加(jia)工、成(cheng)形(xing)、焊接。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)調整處理(li)(碳化(hua)物(wu)析出過程)后(hou)馬(ma)氏體(ti)(ti)點(dian)升(sheng)高，降(jiang)到室溫(wen)后(hou)為(wei)馬(ma)氏體(ti)(ti)組織或再通過簡單(dan)的(de)(de)低溫(wen)處理(li)(-72℃)后(hou)轉(zhuan)變成(cheng)馬(ma)氏體(ti)(ti)(即馬(ma)氏體(ti)(ti)點(dian)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)-72℃以(yi)上(shang))；鉻含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)一般在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)14%以(yi)上(shang)，以(yi)保證良好的(de)(de)不(bu)銹性(xing)(xing)和耐蝕性(xing)(xing)；選擇合適(shi)的(de)(de)鉻、鎳當(dang)量(liang)(liang)配(pei)比以(yi)降(jiang)低鋼(gang)(gang)中δ-鐵素體(ti)(ti)的(de)(de)含(han)(han)(han)(han)量(liang)(liang)；鋼(gang)(gang)中含(han)(han)(han)(han)有適(shi)量(liang)(liang)沉淀(dian)硬化(hua)元素。如鉬、鈦、鋁、鈮(ni)、銅等。有時鋼(gang)(gang)中含(han)(han)(han)(han)鈷，這一方面(mian)可以(yi)促進鉬的(de)(de)強化(hua)作用，同時又不(bu)影響Ms點(dian)。
(3)奧氏體沉淀硬化不銹鋼
? 選擇合適的鉻(ge)、鎳當量配比，使(shi)其形(xing)成非常穩定的奧氏(shi)體組(zu)織(zhi)；為了彌補(bu)奧氏(shi)體強度的不足，通(tong)過(guo)加入(ru)鋁、鈦以(yi)形(xing)成Ni3Al、Ni3Ti，或加入(ru)磷形(xing)成M23(C+P)6而(er)進行強化。
三、典型牌號
0Cr17Ni4Cu4Nb鋼
? 該鋼(gang)(gang)(gang)為馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)沉淀硬(ying)化不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)，Ms點(dian)(dian)約150℃，Mf點(dian)(dian)在(zai)30℃以下。馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)轉變完全與(yu)否(fou)受成分和冷卻(que)方(fang)式(shi)影響(xiang)。鋼(gang)(gang)(gang)中銅以極細(xi)小而(er)分散(san)的ε相彌(mi)散(san)分布(bu)在(zai)基體(ti)上從而(er)提高強度(du)。H900處(chu)理時σb=1310MPa，σ0.2=1170MPa，δ5=10%，ψ=40%。該鋼(gang)(gang)(gang)具(ju)(ju)有良好的耐(nai)腐蝕(shi)性，耐(nai)蝕(shi)性優于(yu)一(yi)般馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)，與(yu)一(yi)般奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)相近(jin)。它具(ju)(ju)有良好的切削性能，不需預(yu)熱就可(ke)(ke)以焊接并且焊后可(ke)(ke)不進行局部(bu)退(tui)火。它主要(yao)用(yong)于(yu)制造耐(nai)蝕(shi)和高強度(du)部(bu)件(jian)如噴氣發動機(ji)壓氣機(ji)機(ji)匣及(ji)大型汽輪(lun)機(ji)末級葉片。
0Cr17Ni7Al鋼(gang)
? 這(zhe)個牌號為半奧氏體(ti)(ti)沉淀硬化不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。它是(shi)在(zai)0Cr17Ni7這(zhe)一不穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧氏體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)(gang)中添(tian)加鋁，再經(jing)過(guo)馬氏體(ti)(ti)轉變和析出NiAl化合物而(er)硬化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)種。在(zai)RH950處(chu)理(li)后(hou)，σb=1580MPa，σ0.2=1470MPa，δ5=6%。該(gai)(gai)鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)氧(yang)(yang)(yang)化性(xing)酸(suan)中耐蝕性(xing)良(liang)好(hao)，而(er)在(zai)像硫酸(suan)、鹽酸(suan)等(deng)非(fei)氧(yang)(yang)(yang)化性(xing)酸(suan)中耐蝕性(xing)差(cha)。經(jing)A或A1750處(chu)理(li)后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐酸(suan)性(xing)**。而(er)用TH、RH、CH處(chu)理(li)后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐酸(suan)性(xing)變差(cha)。該(gai)(gai)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)可采用與(yu)奧氏體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)相(xiang)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)工藝(yi)。若(ruo)采用與(yu)母材成分相(xiang)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)條(tiao)焊(han)接(jie)，則焊(han)縫中將出現大量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)δ鐵素(su)體(ti)(ti)，造成焊(han)縫韌性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)下降，因而(er)焊(han)條(tiao)中可適當(dang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)降鉻或增鎳。焊(han)接(jie)時(shi)應采用惰性(xing)氣體(ti)(ti)保護以(yi)防焊(han)條(tiao)中鋁的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化。為獲得良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)效率，固溶(rong)退火后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)件(jian)(jian)，**先進(jin)行固溶(rong)處(chu)理(li)，然后(hou)再進(jin)行調(diao)整(zheng)和時(shi)效處(chu)理(li)。該(gai)(gai)類鋼(gang)(gang)(gang)主(zhu)要用于(yu)制造飛(fei)機外殼、結構件(jian)(jian)、導彈(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓力(li)容器和構件(jian)(jian)，噴氣發動機零件(jian)(jian)、彈(dan)簧、隔膜、波紋管、天線、緊(jin)固件(jian)(jian)、測量儀表等(deng)。
0Cr15Ni25Ti2MoVB鋼
? 該(gai)鋼(gang)為奧(ao)氏體沉淀硬化不銹鋼(gang)，亦(yi)即鐵(tie)鎳基高溫(wen)合(he)金。鋼(gang)不僅在固溶態，而且在時效態均為穩定的(de)奧(ao)氏體組織。-般由鋼(gang)中形(xing)成金屬間化合(he)物來達到(dao)提高強(qiang)度(du)(du)和改善高溫(wen)性(xing)能(neng)。在時效態σb=1035MPa，σ0.2=690MPa，δ=25%，ψ=40%。該(gai)鋼(gang)高溫(wen)強(qiang)度(du)(du)好(hao)，使用(yong)溫(wen)度(du)(du)可達600～700℃。650℃以下的(de)高溫(wen)屈服強(qiang)度(du)(du)與室溫(wen)差(cha)不多。低溫(wen)韌性(xing)良好(hao)，但存在室溫(wen)強(qiang)度(du)(du)低，焊接性(xing)能(neng)差(cha)等缺點。
