17-4PH的材料簡介

1、精選文檔關于17-4PH的材料簡介我廠(蘭州水泵總廠)在新型 BB3泵(HDM1000-400/5 與HDM600-400/5)研發(fā)上取得了新突破，眾所周知，材料的選取對泵的性能有很大的影響，因此我部門研究人員通過共同努力，不斷的嘗試各種材料，通過計算它們的力學性能以及對比它們的物理性能與化學性能，最終決定選取17-4PH馬氏體沉淀硬化不銹鋼作為這次新泵的主導材料。17-4PH是美國的牌號，對應的我國牌號為0Cr17Ni4Cu4Nb 。由于此鋼低碳、高銘、且含銅，馬氏體轉變溫度高于室溫，經(jīng)馬氏體轉變后，再經(jīng) 480-620 C時效處理，便可在馬氏體基體中析出彌散的富銅相，使強度進一步增強，由于

2、含碳量低，故其加工性能、耐腐蝕性能和焊接性能均比 Cr13型及9Cr18、1Cr17Ni2 等馬氏體不銹鋼為好。它的化學成分如下表所示：表1 17-4PH 的化學成分元素CSiMnCrNiCuNbPS174PH<0.07<1.00<1.0015.517.53-53-50.150.450.035<0.03并且該鋼固溶處理后具有奧氏體鋼的優(yōu)點，易于加工；隨后經(jīng)中間調節(jié)處理+時效處理可以獲得較高的強度，因此被廣泛用于壓力容器、飛行器和汽輪機葉片等領域。由于它所具有的這些優(yōu)越性能，所以它被使用在我廠HDM1000-400/5 與HDM600-400/ 5 新泵的重要零部件上，這

3、些零部件有軸、各級葉輪、螺柱、螺母、泵體口環(huán)、級間襯套等。使用在這些部位主要是因為這些部位要么是與介質接觸部位，要么就是受力很大的部位。比如葉輪與介質直接接觸，這就要要求它的使用材料的抗腐蝕性能很強；軸要帶動葉 輪等轉子部件一起轉動，所以它要受很大的力，所需要的強度和韌性都要非常好，因此它 的使用材料所需要的力學性能要非常好。而17-4PH這種材料它的抗腐蝕性能和力學性能恰好符合我們這兩種新泵的要求。它的這兩種性能介紹具體如下：一、抗腐蝕性能17-4 PH合金的抗腐蝕能力優(yōu)于其它任何的標準的可硬化的不銹鋼。在大多數(shù)情況下 它的抗腐蝕能力均不亞于 304。但在高強度狀態(tài)下有發(fā)生應力腐蝕的可能性，

4、如果存在應力腐蝕裂痕的風險，那么就要調整穩(wěn)定化溫度了較高的穩(wěn)定化溫度必須高于550 C,最好為590 Co如果在氯化物介質中最佳回火溫度為550 C。在硫化氫介質中最佳回火溫度為590 C。17-4PH 這種合金在靜態(tài)的海水中易遭受蝕損或裂縫腐蝕。但它在石油化工、食品加工 及造紙業(yè)中的抗腐蝕能力和304L等級一樣。二、力學性能沉淀硬化不銹鋼的力學性能與熱處理狀態(tài)有較大關系。17-4PH馬氏體沉淀硬化不銹鋼的常規(guī)熱處理工藝為固溶 +時效處理，通過調整組織和控制析出相來提高強度、硬度和 耐蝕性。它的力學性能隨著熱處理的方式、溫度、時間等因素的不同而發(fā)生著變化，而且 不同的零件所需的力學性能也不相同

5、，因此17-4PH的熱處理在我們這次項目中也是難點之"o熱處理時，冷卻溫度不同，力學性能不同。經(jīng)試驗而知，空冷和風冷的效果幾乎是一 致的，而緩冷的強度比兩者要高很多，這主要是由于第一次時效緩冷時碳化物的析出比較充 分,Ms點和Mf點提高，冷卻時馬氏體轉變比較充分，殘余奧氏體的量較少。冷卻速度對17-4PH最終力學性能的影響是巨大的。17-4PH不銹鋼的馬氏體開始轉變點在室溫以上，經(jīng)固溶處理后基體組織基本上是 馬氏體組織，其強度已經(jīng)很高。在固溶處理的基礎上進行不同的時效處理，可提高材料的 強度，滿足各種生產(chǎn)實際的需要，這是因為根據(jù)表1中17-4PH的化學成分可知，其主要沉淀硬化元素是銅

6、、鋁，有的為鋁、鈦等，利用這些元素的溶解度來實現(xiàn)強化過程。17-4PH不銹鋼加熱到奧氏體溫度時，由于這些強化元素在奧氏體中的溶解度較大，而在馬氏 體中的溶解度較小，當冷卻到馬氏體溫度后，即得到過飽和銅、鋁的馬氏體組織，馬氏體 本身具有高強韌性，從而得到一定程度的強化；再經(jīng)時效處理后，溶解在基體組織中的過 飽和銅、錫等元素析出，使材料得到進一步強化。因此可通過不同的熱處理工藝來滿足各 種性能要求。固溶處理和時效處理后的具體力學性能如表3所示：表3力學性能（參照美標）制卜 A 564/A 564MTABLE 3 MegnicR T«r R*quirtwnts After Ae H.Mni

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10、, Ac3約為740 C, Ms為80140 C, Mf約為32 C。因此標準中推薦的固溶溫度為10201060 Co固溶溫度不同，最終得到的組織與性能也不同。有人對 17-4PH鋼在不同固溶溫 度下的組織和性能進行了研究，所選擇的固溶處理溫度為1000、1040和1080 C。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)1040 c固溶處理后，試樣硬度最高。這是由于當固溶處理溫度較低時，加熱得 到的奧氏體不均勻，溶入的合金碳化物也很少，導致淬火后得到的馬氏體硬度偏低；當固 溶溫度較高時，一方面晶粒粗大，另一方面合金碳化物過多地溶入到奧氏體中，奧氏體的 穩(wěn)定性將增加，馬氏體轉變點下降，因此淬火后馬氏體量減少，殘留奧氏體量增加

11、，硬度 降低。同時過高的加熱溫度還可能使固溶組織中存在較多含量的鐵素體，影響最終的強化 效果。因此必須精確的控制固溶溫度，以保證所需的性能。由于17-4PH鋼中含有銘、饃等元素，使得其在空冷時即可得到馬氏體，但為了使固 溶后組織更加細小，獲得更好的強化效果，提高塑韌性，實際生產(chǎn)中多采用油冷方式。固 溶處理后的顯微組織是含有過飽和銅、錫的低碳板條馬氏體，有時由于淬火不充分或者加 熱溫度過高等原因，還會有少量殘留奧氏體和鐵素體。2 .時效處理17-4PH鋼的時效處理應根據(jù)對性能的要求，確定加熱溫度和保溫時間。有研究表明，17-4PH鋼在1040 C溫度固溶后，隨時效溫度的升高，馬氏體組織發(fā)生回火，

12、且不斷地析出沉淀相。450 C時效時已有銅、鋁等沉淀相析出，到 470480 C時，晶內沉淀物顆 粒細小且彌散分布，此時材料的硬度最高。之后，隨時效溫度的繼續(xù)升高，硬度和強度下 降，塑性、韌性提高。由于硬度和強度的變化規(guī)律類似，所以對硬度和強度有明確要求的工件，應嚴格控制時效溫度，以滿足使用要求。17-4PH鋼時效過程中強度和塑性的變化規(guī)律與0Cr15Ni5Cu2TiC 沉淀硬化不銹鋼類似。17-4PH 鋼在510 c以上時效為過時效。為保證沉淀相的充分析出和時效效果，時效溫度的保 溫時間一般不少于 4h，保溫后可采用空氣卻。相同 時效溫度下，時效保溫時間不同最終獲得的性能也不 同。圖1為17

13、-4PH 鋼在350 C時效溫度 下，硬度 隨時效時間的變化曲線?？梢钥闯?，隨保溫時間的延 長，試樣的硬度不斷升高，在時效處理的前期階段， 試樣的硬度上升比較緩慢；時效到6000h后，試樣圖1的硬度上升較快；時效 9000h左右時，試樣的硬度達到最大值；之后，隨時效時間的延長，硬度開始迅速下降。蝕率下降，耐海水腐蝕性遠遠優(yōu)于直接時效試樣。其原因是17-4PH鋼經(jīng)過調整處理后 再進行時效，可有效避免貧銘區(qū)的形成，而銘正是保證金屬良好耐蝕性的關鍵，同時馬氏 體組織變得細小，材料的組織均勻性得到提高。固溶后直接時效和固溶 +調整+時效后的顯微組織見圖 2。可以看出，經(jīng)過調整處理的組織，晶粒輪廓較清晰，馬氏體板條均勻細小，且位向關系明確。固溶后直接時效的組織，馬氏體板條粗大，晶界分布著大量的白色析出相。調整處理后再進行時效的馬氏體組織“遺傳” 了調整處理態(tài)的細小