热处理工艺对17-4PH钢滞后性能的影响

采用电阻应变计传感器设计原理,研究热处理工艺对17-4PH钢滞后特性影响,通过透射电镜、内耗测试等技术分析了热处理影响17-4PH钢滞后的原因,并探讨了滞后形成机理。结果表明,随应变增加,17-4PH钢模量亏损、内耗和滞后变大;提高强度和时效前的深冷处理能降低17-4PH钢滞后;滞弹性和微区形变引起17-4PH钢滞后。

17-4PH钢中ε-Cu相的形貌及其与位错的交互作用

用H8 0 0透射 -扫描电镜研究过时效状态的 1 7-4PH钢中ε-Cu相形貌及其与位错交互作用发现 ,从马氏体基体中析出的ε-Cu相为近乎球形 ,呈细小弥散任意分布 ,与位错有强烈的交互作用 ,随着时效温度的提高 ,其颗粒尺寸增大 ,与位错的交互作用亦有所减弱 ;而从逆变奥氏体中析出的ε -Cu相却比较粗大 ,为圆滑的短棒状 ,呈相互垂直的取向 ,且具有同一取向的ε -Cu按一定间隔线性排列的倾向 ,当其颗粒尺寸较小 ,间距小于794 A时与位 错有微弱的交互作用 ,随着时效温度提高 ,其颗粒尺寸增大 ,与位错就完全没有交互作用了。这就是过时效状态的 1 7-4PH钢中逆变奥氏体量 ,或淬火后残余奥氏体量过多时该钢屈服强度降低的根本原因。

调整处理对17-4PH钢组织和性能的影响

采用光学金相显微镜等手段分析17-4PH钢经1050℃固溶处理后,分别在760℃、800℃、850℃进行调整处理对金相组织和力学性能的影响。结果表明:17-4PH钢固溶处理后经760℃调整处理马氏体板条细小,碳化物析出明显。随着调整温度的提高,强度随之上升,塑性指标下降。由此得出,17-4PH钢固溶处理1050℃+调整处理760℃+时效处理610℃可以获得最佳的强化效果。

17-4PH钢安装座线切割加工过程炸裂原因分析

同批17-4PH钢安装座在线切割加工过程中发生多起炸裂,炸裂起始位置基本相同。采用扫描电子显微镜、光学金相显微镜及工艺试验等手段,结合安装座的实际生产工艺流程,对其在线切割加工过程中发生炸裂的原因及性质进行判定和分析。结果表明:安装座在线切割加工过程中发生炸裂应与其内部残余应力较大有关;线切割破坏安装座残余应力的平衡状态,促使其内应力重新分配,致使在线切割割面尖端位置产生大于安装座的材料抗拉强度的附加拉应力,导致裂纹产生,迅速炸裂;安装座内部残余应力较大的原因是热处理产生的残余应力与机械切削加工产生的残余应力相互叠加;通过重新进行固溶处理能够改变或降低安装座原有的峰值残余应力的平衡状态分布,可以避免其在线切割加工过程中产生炸裂的现象。

化学成分对17-4PH钢力学性能的影响

为探究17-4PH钢的化学成分与材料力学性能和微观结构的关系,基于17-4PH钢的强化机理,分析不同化学元素含量的17-4PH钢材料的力学性能和微观组织。通过试验观测结合分析结果,确定一种17-4PH钢材料中合金化学成分的最优比例,为新型沉淀硬化钢的合金设计提供可参考的数据。为获得不同化学成分下材料的力学性能,拟采用特定热处理方式,分别以Cr、Ni、Nb元素含量为单一变量,观测单一变量为不同质量百分比浓度时材料的力学性能和微观组织变化,确定17-4PH钢中这些合金元素的最佳含量。结果表明:一定含量的Cr和Ni元素有助于提高材料的抗拉强度、屈服强度及硬度;Nb元素有助于提高材料的耐腐蚀性和抗冲击性,但Nb易于偏析。确定了一种17-4PH钢合金成分中Cr、Ni、Nb元素含量的最优含量分别为:Cr15.3wt%、Ni4.4wt%和Nb0.21wt%。

17-4PH钢加热中的晶粒长大和高温铁素体的析出条件

锻件加热时的晶粒演化和高温铁素体的析出情况决定了锻件的锻造性能。利用箱式真空电阻炉进行加热保温实验,通过设计一系列不同的加热温度和保温时间,研究17-4PH钢的晶粒长大行为,分析不同的加热温度和保温时间对17-4PH钢奥氏体晶粒尺寸的影响,建立晶粒长大模型;通过观察不同温度条件下高温铁素体的形成情况,确定高温铁素体的析出条件。综合晶粒尺寸和高温铁素体形成情况,确定了17-4PH钢的锻造温度。研究表明,从避免高温铁素体形成角度,始锻温度应不超过1200℃;从控制晶粒度角度,始锻温度不超过1175℃。

17-4PH钢激光辐照组织的透射电镜微观分析

对17-4PH钢进行固溶＋高温时效处理后,再进行激光辐照＋低温时效处理,利用透射电镜（TEM）对每步工艺下材料的微观组织进行了分析.结果表明：17-4PH钢经固溶＋高温时效后,析出强化相ε-Cu和NbC（N）,尺寸介于20~30 nm,并形成逆转变奥氏体;激光辐照＋低温时效后,强化相ε-Cu和NbC（N）的尺寸小于20 nm,位错密度很高,激光辐照时间对组织影响不大.

17-4PH钢等离子体稀土氮碳共渗层的组织结构和性能

利用OM、XRD、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计和摩擦磨损试验机研究了17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢在500℃脉冲等离子体稀土氮碳共渗层的组织结构和性能。结果表明,稀土添加使共渗层致密;共渗层主要由α′、ε-Fe3N、γ′-Fe4N及CrN组成;添加稀土或减小氮氢比,渗层中ε-Fe3N相的比例降低。表面形貌SEM观察和EDS成分分析结果表明,共渗表面主要由弥散分布的(Fe,Cr)xNy化合物颗粒、颗粒团和颗粒团簇,以及少量"柱状"生长的γ′-Fe4N相组成;当氮氢比为1∶6时,稀土氮碳共渗层表面硬度可达1580HV0.1。随磨损时间延长,稀土添加较无稀土添加的共渗层摩擦系数变化较小。

硫化氢环境中17-4PH钢抗氢致开裂与应力腐蚀开裂性能

根据美国NACE标准研究了17-4PH钢在酸性H2S水溶液中的抗氢致开裂(HIC)和应力腐蚀开裂(SCC)的性能,利用光学显微镜及扫描电镜(SEM)观察了裂纹及组织形貌,并结合理论分析了材料的氢致开裂与应力腐蚀开裂行为。结果表明:17-4PH钢在标准NACE试验溶液中会产生氢致裂纹,试样内部微裂纹主要在晶界、夹杂等缺陷处成核并扩展;标准C型环试样在0.8σs的恒应力作用下,浸泡于饱和硫化氢溶液中,720h内3组试样均发生断裂,表明其SCC敏感性较大,试样的宏观裂纹由边缘向内部扩展;扫描电镜结果显示,SCC断口有明显的脆性断裂(解理断口)特征,应力腐蚀开裂是由HIC引起,且裂纹扩展形式多为穿晶型。

17-4PH钢热塑性变形本构方程的研究

利用热压缩试验研究了17-4PH钢在不同变形温度和变形速率下的曲线特征,并结合动态回复与动态再结晶理论探讨了曲线特征所反映的试样内部变化。借助数理统计法建立了一种包括应变、应变速率和温度在内的适合17-4PH钢高温塑性变形的应力-应变本构方程。

Nb、Cu含量与热处理工艺对17-4PH钢板材性能的影响

分析了 1 7- 4PH板材在不同热处理条件下其成分对性能的影响。结果表明 ,降低固溶温度可减少成分及时效温度对性能的敏感 ,这对于提高板材冷作成型性能和在较低强度等级下应用 1 7-

不同冷却方式对17-4PH钢激光淬火的影响

通过试验研究了不同冷却介质的连续处理、间断处理方式对17-4PH(0Cr17Ni4Cu4Nb)钢表面激光淬火强化处理过程中强化处理层参数(厚度、硬度等)的影响。结果表明,干冰间断处理方式使激光强化处理层参数相对稳定,可以满足生产要求。

17-4PH钢轧制棒材低温冷冲击性能的研究

对市场销售的17-4PH普通轧材棒料,采取了多种热处理工艺方案进行试验,研究了不同热处理条件下的冲击性能和组织。结果表明:对马氏体沉淀硬化钢,要获得高的冷冲击值的组织应是无δ铁素体的板条状回火马氏体组织;在材料的化学成分和热加工不变的条件下,提高材料的冷冲击韧性的热处理途径是细化晶粒尺寸和改变δ铁素体的分布形态。通过试验得到提高17-4PH钢低温冲击韧性的较佳热处理工艺参数。

高温铁素体对17-4PH钢压裂泵阀箱寿命的影响分析

采用17-4PH钢制造的压裂泵阀箱,工况相同,材料的化学成分、力学性能相近,但是使用寿命差异巨大。利用失效分析方法,对正常寿命、不正常寿命件取样,进行试验对比分析,证实了高温铁素体的平均含量对于17-4PH钢压裂泵阀箱的使用寿命存在影响,特定位置的局部富集以及高温铁素体的晶粒大小也是17-4PH钢压裂泵阀箱的使用寿命的重要影响因素。对高温铁素体因为腐蚀因素造成压裂泵阀箱加速疲劳失效的原因进行了分析。建议对压裂泵阀箱用17-4PH钢中高温铁素体的指标进行规范。

4330和17-4PH钢在HCl溶液中的应力腐蚀行为

对石油压裂泵阀箱用4330和17-4PH钢进行C环应力腐蚀试验,研究4330和17-4PH钢在质量分数为20%HCl溶液中的应力腐蚀性能,采用Abaqus有限元软件计算模拟C环应力分布,验证恒位移加载后C环环向中心位置可产生的最大应力。结果表明:4330和17-4PH钢在质量分数为20%HCl溶液、加载应力120 MPa的环境中具较好的抗应力腐蚀性能,能满足工件300 h不产生应力腐蚀裂纹的工作要求;两种钢应力腐蚀行为均表现为全面腐蚀,17-4PH钢中低C和高Cr、Ni、Cu含量是导致其比4330钢具更优抗应力腐蚀能力的关键因素;将腐蚀应力提高到400 MPa时,17-4PH钢同样展现较好的抗预制裂纹扩展能力。

选区激光熔化构建17-4PH钢残余奥氏体梯度分布

马氏体沉淀硬化(17-4PH)钢广泛应用于压缩机叶轮、水翼等具有复杂结构的过流部件。选区激光熔化(selective laser melting,SLM)作为一种新兴的近净成形技术,其逐点逐层的扫描堆叠制造方式有助于通过拓扑设计优化零部件结构和实现复杂形状零部件的一体成形。采用“交叉双向式”和“双向式”两种扫描策略交替打印17-4PH钢,探究选区激光熔化构筑17-4PH钢中的残余奥氏体梯度分布方法。研究结果表明,通过调控扫描策略,改变了热量输入和散失方式,可以在17-4PH钢中实现残余奥氏体含量梯度分布。交叉双向扫描策略可有效细化马氏体晶粒,马氏体晶粒的大小与构建高度相关,残余奥氏体晶粒的大小与扫描模式和构建高度关系不大。交叉双向扫描形成的细小马氏体会对周围奥氏体产生附加应力,提高残余奥氏体稳定性,导致试样底部奥氏体较多。双向扫描冷却速度快,过冷度较大,马氏体转变的驱动力增大,消除相稳定,造成顶部马氏体较多,残余奥氏体少。随着堆积层数的升高,组织的冷却速度由慢变快,马氏体的转变程度增加,残余奥氏体含量减少。实现了17-4PH钢中奥氏体梯度组织的控制,这种梯度组织的制备为优化材料性能和实现多功能应用提供了新的途径。

热处理工艺对17-4PH钢低温冲击性能的影响

研究了经两种不同工艺热处理的17-4PH钢在-60～20℃下的冲击性能,并对其冲击断口形貌及显微组织进行分析。结果表明:随着试验温度的降低,17-4PH钢的冲击韧性呈逐渐下降趋势;在相同的冲击试验温度下,在固溶和时效间加入816℃×0.5 h中间调整处理的17-4PH钢的冲击性能明显优于直接时效态试样。断口分析结果显示,直接时效态试样为准解理+韧窝混合型脆性断口,而加入中间处理的试样则为典型的韧性微孔聚集型断口形貌。加入中间处理的试样在随后的时效过程中于原始奥氏体晶界和马氏体板条界-亚晶界处产生了较多的逆转变奥氏体,呈弥散、均匀的分布,具有割裂基体、韧化组织的作用,提高了钢的低温韧性。

17-4PH钢连续加热奥氏体化的动力学

研究了17-4PH钢连续加热条件下的相变行为。结果表明,17-4PH钢在连续加热条件下,相变临界点Ac1、Ac3都随加热速率的加大而提高,转变温区也相应向高温扩展。奥氏体转变量与温度的关系呈S形,转变速率df/dt非定值且存在一个峰值。通过Kissinger法计算,确定17-4PH不锈钢的奥氏体化相变激活能为47.3kJ/mol。

17-4PH 钢在3.5%NaCl 水溶液中的应力腐蚀开裂

用慢应变速率法研究了国产17-4 PH 钢在80℃、3.5%NaCl 水溶液中的应力腐蚀开裂(SCC)行为,探讨了外加电位、预充氢和晶粒大小的影响。结果表明,晶粒大小对17-4 PH 钢的SCC 影响不大;-850～-150 mV(SCE)为SCC 的不敏感电位区间,电位正于-150 mV(SCE)时,其破坏是阳极溶解所致,负于-850 m V(SCE)时为氢脆型SCC。文中讨论了应力腐蚀的两种机制。