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【摘要】OCrl2Mn5Ni4Mo 3A1为节镍型半奥氏体沉淀硬化不锈钢，是介于马氏体沉淀硬化不锈钢与奥氏体沉淀硬化不锈钢之间的一种过渡型沉淀硬化不锈钢。它既具有马氏体沉淀硬化不锈钢的超高强度，又具有奥氏体沉淀硬化不锈钢的高韧性及良好的成型加工性。该种材料热处理工艺参数复杂、可变因素很多，必须研究出固溶温度、时间，冷处理温度、时间，时效温度、时间对组织、硬度、韧性等性能指标的影响规律，从而制定最佳热处理工艺参数，最大限度的满足某直升机零件的使用要求。
【关键词】沉淀硬化不锈钢；组织；性能指标
【中图分类号】TF764+.1 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0052-02
一、前言
0Cr12Mn5Ni4M03A1属于过渡型奥氏体沉淀硬化不锈钢，这类钢的MS点低于室温，固溶后为奥氏体组织，易于成型和焊接。通常可用两种方法发生马氏体转变，一是固溶处理后经700～800℃加热，奥氏体因碳化铬而转變为介稳定状态。二是固溶后直接冷却至MS和Mf点之间，使奥氏体转变为马氏体。经上述处理以后再经400～600℃时效，使析出金属间化合物进一步强化。这类钢也叫奥氏体一马氏体时效不锈钢。某直升机上的零件高压无扩口导管要求高压力、高密封性、疲劳强度高、防腐能力强，它采用了这种新型材料——半奥氏体沉淀硬化不锈钢0Crl2Mn5Ni4M03A1制造，这在国内飞机上尚无前例。本课题目的是通过实验找到一种合理的热处理工艺，通过对固溶处理、冷处理和时效处理的温度及保温时间对0Crl2MnSNi4M03A1钢的机械性能的影响。对0Crl2MnSNi4M03A1钢进行金相组织分析和物相分析找到一种合理的热处理工艺，而使0Crl2Mn5Ni4M03A1钢满足零件使用要求。
二、实验过程
1、热处理工艺试验
1.1 材料和试验设备
φ6×5倍的标准试样
φ16×12硬度及金相试样
材料：0Crl2Mn5Ni4M03A1（退火状态）
1.2 热处理工艺参数选择
1.2.1 固溶处理温度及保温时间
从生产应用角度出发，为了考察固溶处理温度对δ铁、奥氏体晶粒度、以及对力学性能的影响，选取950℃、1000℃、1050℃及1100℃4个温度进行试验。
1.2.2 冷处理温度及保温时间
这种钢为保持合金化不发生变化而使之产生马氏体相变，进行冷处理。冷处理温度不同马氏体转变量也不同，一般推荐冷处理温度为-78℃。本试验采用0℃、-20℃、-40℃、-60℃及-78℃处理后对M转变量及时效后对性能的影响进行了研究。保持时间为4h。
1.2.3 时效温度及时问
这种钢的马氏体由于含碳量甚低，小于0.10%C，因而强度和硬度不够高，还必须通过在400℃～600℃温度范围内进行时效处理，使强度得到显著的提高，因而是这种钢十分重要的最终热处理工艺，它决定了最终的力学性能。即时效温度越高，达到时效峰值的时间就越短，再延长就会产生过时效；反之就越长，不易出现过时效。为了便于对比，采用了固定的时效时间2h，即在400℃～600℃温度范围内时效时间均为保温2h。
三、分析与讨论
1、固溶处理温度对δ-Fe数量及奥氏体晶粒度的影响
1.1 对δ-Fe的影响
试验结果表明：无论950℃，还是1100℃固溶处理的试样，均难以发现δ-Fe的存在。δ-Fe的细小分散，不会对钢的强度带来明显影响。
1.2 对奥氏体晶粒大小的影响
通过950℃、1000℃、1050℃及1100℃×40Min固溶处理对晶粒大小的观察表明：950℃已开始晶粒不均匀长大，1000℃时很不均匀，大小差别较大；1050℃时，小晶粒逐渐消失，晶粒趋于均匀；1100℃时基本形成均匀的奥氏体晶粒，大小约为4级，少量为5级。一般推荐的固溶处理温度为1050℃，晶粒大小为5～6级。1000℃时则为6～7级。
2、不同冷处理温度对马氏体转变量的影响
金相试样表明残余奥氏体量，固溶温度低者少，反之则较多。为保证整体各部位性能均匀一致，宜采用-78℃冷处理。如欲获得不同的强度和硬度时，只宜通过采用不同的时效温度来调整，不宜采用不同的冷处理温度来得到。
3、时效温度对金相组织的影响
金相观察表明，不同温度时效后的金相组织看不出明显差别。但硬度测定表明，不同温度时效后的硬度值相差较大。
4、工艺参数对性能的影响
4.1 不同固溶处理温度对硬度的影响
原始试样的硬度值为18HRC。由试验数据可知，950℃固溶处理的试件硬度较低，仅15.7HRC。1000℃固溶处理后为18.5HRC，仍比1050℃及1100℃固溶处理的低，后者为20.4HRC至20.7HRC。
但经-78℃冷处理后，4个温度固溶处理的试样硬度基本相同，增高至41.5±0.3HRC。
4.2 不同冷处理温度对硬度和拉伸性能的影响
A：冷处理温度越高，冷处理后马氏体转变量越少，残余奥氏体量越多，因而相应的硬度也就越低。
B：在-40℃以下冷处理对σ b影响不大，但对σ0.2则有较大的影响。
4.3 不同时效温度对硬度和拉伸性能的影响
不同固溶处理温度（1000℃、1050℃及1100℃）的三条时效曲线，其硬度随时效温度变化的规律完全相同。430℃因时效温度低，处于欠时效阶段，硬度不足。480℃、520℃处于峰值时效阶段，硬度处于曲线峰值，而以480℃处理后硬度最高。560℃、590℃处于过时效阶段，随着时效温度的增高，硬度以较快的速度下降。三条曲线的硬度十分接近，没有明显差别。
对于断面收缩率ψ来说，在固溶处理后480℃时效最低，520℃居中，560℃处理后又进一步提高。
对于延伸率δ5来说，变化规律不如ψ那么明显，1000℃固溶处理后的较低，1050℃与1100℃两组数据相差不大。
5、微观组织分析
从金相照片可以看出，不同时效温度处理后金相组织看不出明显差别，为此，进行了透解电镜观察。
由TEM观察可知，欲获得最佳的性能，不仅要考虑时效温度还应考虑固溶温度，使固溶温度与时效温度良好的配合才能获得最佳的处理效果，即优良的力学性能。
四、结论
1、在1000℃～1050℃之间固溶处理时，它的奥氏体晶粒大小不太均匀，处于不均匀长大过程中，晶粒度约在5～7级之间范围内变化；
2、由于残余奥氏体呈块状存在，为避免出现软点，冷处理温度宜采用-78℃，不宜采用高于此温度的冷处理；
3、固溶处理温度和时效温度对性能均有明显影响，通过试验得出：
4、最佳固溶处理温度范围为1000℃～1050℃，一般情况下1050℃为其上限温度；最佳时效温度为480℃～520℃，520℃为其上限时效温度。
【关键词】沉淀硬化不锈钢；组织；性能指标
【中图分类号】TF764+.1 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0052-02
一、前言
0Cr12Mn5Ni4M03A1属于过渡型奥氏体沉淀硬化不锈钢，这类钢的MS点低于室温，固溶后为奥氏体组织，易于成型和焊接。通常可用两种方法发生马氏体转变，一是固溶处理后经700～800℃加热，奥氏体因碳化铬而转變为介稳定状态。二是固溶后直接冷却至MS和Mf点之间，使奥氏体转变为马氏体。经上述处理以后再经400～600℃时效，使析出金属间化合物进一步强化。这类钢也叫奥氏体一马氏体时效不锈钢。某直升机上的零件高压无扩口导管要求高压力、高密封性、疲劳强度高、防腐能力强，它采用了这种新型材料——半奥氏体沉淀硬化不锈钢0Crl2Mn5Ni4M03A1制造，这在国内飞机上尚无前例。本课题目的是通过实验找到一种合理的热处理工艺，通过对固溶处理、冷处理和时效处理的温度及保温时间对0Crl2MnSNi4M03A1钢的机械性能的影响。对0Crl2MnSNi4M03A1钢进行金相组织分析和物相分析找到一种合理的热处理工艺，而使0Crl2Mn5Ni4M03A1钢满足零件使用要求。
二、实验过程
1、热处理工艺试验
1.1 材料和试验设备
φ6×5倍的标准试样
φ16×12硬度及金相试样
材料：0Crl2Mn5Ni4M03A1（退火状态）
1.2 热处理工艺参数选择
1.2.1 固溶处理温度及保温时间
从生产应用角度出发，为了考察固溶处理温度对δ铁、奥氏体晶粒度、以及对力学性能的影响，选取950℃、1000℃、1050℃及1100℃4个温度进行试验。
1.2.2 冷处理温度及保温时间
这种钢为保持合金化不发生变化而使之产生马氏体相变，进行冷处理。冷处理温度不同马氏体转变量也不同，一般推荐冷处理温度为-78℃。本试验采用0℃、-20℃、-40℃、-60℃及-78℃处理后对M转变量及时效后对性能的影响进行了研究。保持时间为4h。
1.2.3 时效温度及时问
这种钢的马氏体由于含碳量甚低，小于0.10%C，因而强度和硬度不够高，还必须通过在400℃～600℃温度范围内进行时效处理，使强度得到显著的提高，因而是这种钢十分重要的最终热处理工艺，它决定了最终的力学性能。即时效温度越高，达到时效峰值的时间就越短，再延长就会产生过时效；反之就越长，不易出现过时效。为了便于对比，采用了固定的时效时间2h，即在400℃～600℃温度范围内时效时间均为保温2h。
三、分析与讨论
1、固溶处理温度对δ-Fe数量及奥氏体晶粒度的影响
1.1 对δ-Fe的影响
试验结果表明：无论950℃，还是1100℃固溶处理的试样，均难以发现δ-Fe的存在。δ-Fe的细小分散，不会对钢的强度带来明显影响。
1.2 对奥氏体晶粒大小的影响
通过950℃、1000℃、1050℃及1100℃×40Min固溶处理对晶粒大小的观察表明：950℃已开始晶粒不均匀长大，1000℃时很不均匀，大小差别较大；1050℃时，小晶粒逐渐消失，晶粒趋于均匀；1100℃时基本形成均匀的奥氏体晶粒，大小约为4级，少量为5级。一般推荐的固溶处理温度为1050℃，晶粒大小为5～6级。1000℃时则为6～7级。
2、不同冷处理温度对马氏体转变量的影响
金相试样表明残余奥氏体量，固溶温度低者少，反之则较多。为保证整体各部位性能均匀一致，宜采用-78℃冷处理。如欲获得不同的强度和硬度时，只宜通过采用不同的时效温度来调整，不宜采用不同的冷处理温度来得到。
3、时效温度对金相组织的影响
金相观察表明，不同温度时效后的金相组织看不出明显差别。但硬度测定表明，不同温度时效后的硬度值相差较大。
4、工艺参数对性能的影响
4.1 不同固溶处理温度对硬度的影响
原始试样的硬度值为18HRC。由试验数据可知，950℃固溶处理的试件硬度较低，仅15.7HRC。1000℃固溶处理后为18.5HRC，仍比1050℃及1100℃固溶处理的低，后者为20.4HRC至20.7HRC。
但经-78℃冷处理后，4个温度固溶处理的试样硬度基本相同，增高至41.5±0.3HRC。
4.2 不同冷处理温度对硬度和拉伸性能的影响
A：冷处理温度越高，冷处理后马氏体转变量越少，残余奥氏体量越多，因而相应的硬度也就越低。
B：在-40℃以下冷处理对σ b影响不大，但对σ0.2则有较大的影响。
4.3 不同时效温度对硬度和拉伸性能的影响
不同固溶处理温度（1000℃、1050℃及1100℃）的三条时效曲线，其硬度随时效温度变化的规律完全相同。430℃因时效温度低，处于欠时效阶段，硬度不足。480℃、520℃处于峰值时效阶段，硬度处于曲线峰值，而以480℃处理后硬度最高。560℃、590℃处于过时效阶段，随着时效温度的增高，硬度以较快的速度下降。三条曲线的硬度十分接近，没有明显差别。
对于断面收缩率ψ来说，在固溶处理后480℃时效最低，520℃居中，560℃处理后又进一步提高。
对于延伸率δ5来说，变化规律不如ψ那么明显，1000℃固溶处理后的较低，1050℃与1100℃两组数据相差不大。
5、微观组织分析
从金相照片可以看出，不同时效温度处理后金相组织看不出明显差别，为此，进行了透解电镜观察。
由TEM观察可知，欲获得最佳的性能，不仅要考虑时效温度还应考虑固溶温度，使固溶温度与时效温度良好的配合才能获得最佳的处理效果，即优良的力学性能。
四、结论
1、在1000℃～1050℃之间固溶处理时，它的奥氏体晶粒大小不太均匀，处于不均匀长大过程中，晶粒度约在5～7级之间范围内变化；
2、由于残余奥氏体呈块状存在，为避免出现软点，冷处理温度宜采用-78℃，不宜采用高于此温度的冷处理；
3、固溶处理温度和时效温度对性能均有明显影响，通过试验得出：
4、最佳固溶处理温度范围为1000℃～1050℃，一般情况下1050℃为其上限温度；最佳时效温度为480℃～520℃，520℃为其上限时效温度。