分享：回火溫度對1Cr11Ni2W2MoV鋼沖擊性能的影響

孫 奇,張立新,韋廷立,張 穎,于 湃,劉天釗,張 闖

(中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心理化所,沈陽 １１００４３)

摘 要:在某廠日常檢測中,有多爐批次１Cr１１Ni２W２MoV 鋼棒材出現(xiàn)沖擊韌度不合格的現(xiàn)象.為了找到不合格的原因,從化學(xué)成分、熱處理制度方面來展開分析,并進(jìn)行了比對試驗.結(jié)果表明:熱處理回火溫度是影響１Cr１１Ni２W２MoV 鋼沖擊韌度的主要因素;回火溫度選擇在５４０~５９０ ℃的１Cr１１Ni２W２MoV 鋼試樣沖擊韌度全部合格,回火溫度選擇在６６０~７１０ ℃的試樣沖擊韌度部分不合格.選擇回火溫度為５４０~５９０ ℃,可提高材料的合格率,確保生產(chǎn)進(jìn)度.

關(guān)鍵詞:１Cr１１Ni２W２MoV 鋼;沖擊韌度;回火溫度

中圖分類號:TG１１５．２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１７)０３Ｇ０１６５Ｇ０４

收稿日期:２０１６Ｇ０６Ｇ２５

作者簡介:孫 奇(１９６２－),男,高級工程師,主要從事金屬材料力學(xué)性能 檢 測、飛 機(jī) 發(fā) 動 機(jī) 故 障 件 分 析、試 驗 工 裝 研 制 等 工 作,zhangruiying５１８＠１６３．com．cn.

EffectofTemperingTemperatureonImpactToughnessof１Cr１１Ni２W２MoVSteelSUNQi,ZHANGLiＧxin,WEITingＧli,ZHANGYing,YUPai,LIUTianzhao,ZHANGChuang(TechnologyCenterPhysicochemicalResearchInstitute,ChinaAviationShenyangLimingAviationEngineCo．,Ltd．,Shenyang１１００４３,China)

Abstract: During daily testing in one plant,the impact toughness of multi furnace batches of

１Cr１１Ni２W２MoVsteelbarswasfoundunqualified．Tofindthereasonsfordisqualification,analysiswascarriedout

fromtheaspectsofchemicalcompositionandheattreatmentregime,andthecomparativetestsweredone．The

resultsshowthat:thetemperingtemperatureofheattreatmentwasthemainfactoraffectingtheimpacttoughness

of１Cr１１Ni２W２MoVsteel;theimpacttoughnessofthe１Cr１１Ni２W２MoVsteelspecimenswasallqualifiedwhenthe

temperingtemperaturewas５４０Ｇ５９０ ℃;theimpacttoughnessofsome１Cr１１Ni２W２MoVsteelspecimenswasnot

qualifiedwhenthetemperingtemperaturewas６６０Ｇ７１０℃．Thequalifiedrateofthematerialcouldbeimprovedand

theproductionschedulecouldbeensuredbyselectingtemperingtemperatureas５４０Ｇ５９０ ℃．

Keywords:１Cr１１Ni２W２MoVsteel;impacttoughness;temperingtemperature

理制度執(zhí)行,但在該材料進(jìn)行入廠原材料復(fù)驗時,多批次棒 材 出 現(xiàn) 沖 擊 性 能 不 合 格 的 問 題. 筆 者 從１Cr１１Ni２W２MoV 鋼的化學(xué)成分、熱處理制度方面展 開 原 因 排 查,進(jìn) 行 了 比 對 分 析,以 尋 求１Cr１１Ni２W２MoV 鋼沖擊性能不達(dá)標(biāo)的主要原因.

１ 試樣制備與方法

１Cr１１Ni２W２MoV 鋼棒材的化學(xué)成分如表１所示,可見其各元素的含量均滿足 GJB２２９４－１９９５的要求.

采用上述I組熱處理制度對１Cr１１Ni２W２MoV鋼棒材進(jìn)行熱處理,各爐批次鋼采用的具體回火溫度見表３.熱處理后,按照 GB/T２２９－２００７[２]進(jìn)行沖擊試驗.采用 ZBC２３０ＧC 型 擺 錘 式 沖 擊 試 驗 機(jī) 測 試１Cr１１Ni２W２MoV 鋼的沖擊吸收能量,沖擊試驗用試樣為夏比 U 型缺口試樣[２],如圖１所示.

２ 試驗結(jié)果與討論

２．１ 試驗結(jié)果

各爐批次１Cr１１Ni２W２MoV 鋼采用I組熱處理制度熱處理后的沖擊性能如表３所示,可以看出,I組１７爐批次１Cr１１Ni２W２MoV鋼棒材中有１３爐批次的沖擊吸收能量不合格,不合格率達(dá)到７６．５％,而合格爐批次的沖擊吸收能量富裕度也并不大.為了確定熱處理制度對材料沖擊韌度的影響,對５爐批次的鋼重新取料采用Ⅱ組熱處理制度進(jìn)行熱處理,采用不同溫度進(jìn)行回火,然后測試材料的沖擊性能,結(jié)果如表４所示.可以看出,原來接近沖擊吸收能量合格線邊緣的 １Cr１１Ni２W２MoV 鋼采用Ⅱ組熱處理制度熱處理后,部分１Cr１１Ni２W２MoV鋼的 沖 擊 吸 收 能 量 提 高 了 ３~４ 倍. 對 這 些１Cr１１Ni２W２MoV 鋼進(jìn)行力學(xué)性能測試,結(jié)果顯示材料的強(qiáng)度提高,而塑性降低了.可見回火溫度直接影響了１Cr１１Ni２W２MoV 鋼的綜合性能指標(biāo)[４],尤其對沖擊韌度的影響最大,可以得知沖擊韌度對金屬材料顯微組織的變化比較敏感[５].采用Ⅱ組熱處理制度后,１Cr１１Ni２W２MoV 鋼的沖擊吸收能量均大于５５J,即選用的５爐批次的試樣全部合格.選取爐批號為２X４７０(沖擊吸收能量４３．０J),３X７７(沖擊吸收能量５０．０J),３A１９３(沖擊吸收能量７８．５J)的沖擊試驗后的１Cr１１Ni２W２MoV 鋼試樣進(jìn)行金相檢驗,結(jié)果如圖２~４所示.可以看出,３爐批次試樣的顯微組織均為典型的回火索氏體組織,晶粒大小基本一致,組織差別不大.

在此放 大 倍 數(shù) 下 未 觀 察 到 １Cr１１Ni２W２MoV鋼的顯微組織與沖擊韌度之間的關(guān)系,今后需要進(jìn)行進(jìn)一步的分析工作,可采用高倍數(shù)的場發(fā)射技術(shù)對試樣斷口進(jìn)行組織觀察,探討組織中的強(qiáng)化相與沖擊韌度之間的聯(lián)系,找出其相應(yīng)的規(guī)律.

２．２ 討論

Ⅰ組熱處理試樣組織的晶粒度為７~８級,碳化物分散均勻,鋼中夾雜物含量在控制范圍內(nèi),均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求,但沖擊韌度偏低;Ⅱ組熱處理試樣的沖擊韌度明顯提高.經(jīng)分析,１Cr１１Ni２W２MoV 鋼要預(yù)先進(jìn)行正火處理,再進(jìn)行淬火及回火處理.從沖擊試驗結(jié)果分析,淬火溫度對沖擊韌度的影響并不大,而回火溫度對其有顯著的影響作用.從中國航空材料手冊[６]有關(guān)１Cr１１Ni２W２MoV鋼技術(shù)資料的報道可以看出,回火溫度對１Cr１１Ni２W２MoV鋼的沖擊性能有決定性的影響.早在１９６５年,在１Cr１１Ni２W２MoV 鋼國產(chǎn)化時有鋼廠及科研院所進(jìn)行了專項分析研究找出了回火溫度對其沖擊韌度的影響規(guī)律,并在１９８８年繪制了１０００~１０２０ ℃淬火＋不同溫度回火對沖擊韌度影響的曲線,如圖５所示.

圖５中的曲線１由北京航空材料研究所繪制,曲線２由新都機(jī)械廠繪制,曲線３由撫順鋼鐵廠繪制.直線段表示技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的沖擊吸收能量標(biāo)準(zhǔn)下限(７１ J) 換算的沖擊韌度下限(８８７．５kJ??m－２),沖擊韌度在直線段以上的數(shù)據(jù)為合格,在直線段以下的為不合格.由圖５可見,隨著回火溫度的改變,１Cr１１Ni２W２MoV 鋼的沖擊韌度波動較大,回火溫度在４３０~５２０ ℃時,３條曲線均在標(biāo)準(zhǔn)下限直線段之下,沖擊韌度不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求;回火溫度在５５０~５８０ ℃時,３條曲線均在標(biāo)準(zhǔn)下限直線段之上,沖擊韌度合格;回火溫度在５９０~６９０ ℃時,３條曲線均處于波谷,沖擊韌度有不合格的可能,其中北京航空材料研究院繪制的曲線就在標(biāo) 準(zhǔn)下限直線段之下;若回火溫度在６９０ ℃以上,３條曲線均在標(biāo)準(zhǔn)值曲線之上,沖擊韌度則合格.

３ 結(jié)論及建議

(１)１Cr１１Ni２W２MoV 鋼的沖擊韌度與回火溫度沒有線性關(guān)系.其沖擊韌度隨著回火溫度的增加呈大幅波動趨勢.采用Ⅰ組回火溫度６６０~７１０ ℃

進(jìn)行回火處理,在此溫度范圍內(nèi)部分鋼材的沖擊韌度達(dá)不到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)≥７１J的要求,從而出現(xiàn)不合格現(xiàn)象.

(２)在保證材料安全使用的前提下,采用Ⅱ組回火溫度５４０~５９０℃進(jìn)行回火處理,沖擊韌度均能夠達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)≥５５J的要求,材料全部合格.

(３)１Cr１１Ni２W２MoV 鋼沖擊韌度是否合格是依據(jù)相關(guān)國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于沖擊韌度的指標(biāo)來判定的.但復(fù)驗時技術(shù)協(xié)議中選擇熱處理制度的合理性值得商榷,需要積累更多的試驗數(shù)據(jù)來進(jìn)行判別和修訂.