0Cr17Ni4Cu4Nb合金元素对力学性能的影响

0Cr17Ni4Cu4Nb它是典型的奥氏体沉淀硬化不锈钢，含量很高Cr，Ni，Cu,沉淀硬化相沉淀后的固溶时效s-Cu,它分布在低碳奥氏体基体中，从而提高了材料的强度。由于其良好的韧性和塑性，它具有低碳马氏体不锈钢的高强度和高强度Cr-Ni奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀性、简单的热处理方法等优点，广泛应用于核电、航空航天和机械化工领域，也是我国企业轴类零件的主要材料。为了便于控制我厂轴的加工质量，提高轴的使用寿命，本文重点研究材料组成，不同的热处理方法对其机械性能、微观组织形状和加工变形的影响。

试验方法及设备

试样来自轴材本身的延伸端尺寸为105mmx140mm,标准拉伸试样、金相试样、冲击试样等。通过机械加工。GB/T1170-2008《不锈钢多元素含量测定电晕放电原子发射光谱法(常规法)》采用移动式金属分析光谱仪749-024对材料成分进行分析。WDW-300型微机电子拉伸试验机，根据GB/T228.1-2010金属材料拉伸实验第1部分室温拉伸实验方法用于拉伸实验。MR5000型倒置金相显微镜组织分析热处理后的样品。

合金元素对力学性能的影响

合金元素含有产生元素的铁元素Cr，Mo，w.v，Nb，Al，Si和马氏体产生元素C，N，Mn，Ni，Cu,CP铁素体的存在会破坏0。Cr17Ni4Cu4Nb钢的组织均匀性降低了材料的韧性和塑性，加速了材料在蠕变过程中的老化速度。因此，对于标准范围内的成分，铁素体产生的元素应尽可能保持在下限，而马氏体产生的元素应保持在上限，以尽可能去除钢中的铁素体含量。

从0Cr17Ni4Cu4Nb根据钢成分分析结果表1，材料成分含量在标准范围内，Cr，Cu,Nb所有的内容都在下限，Ni中上限。不同系列材料的元素含量范围存在一定差异，如KJ系列中Mn，Cr，Ni，Cu元素的含量相对较高，在一定程度上增加了材料的韧性和塑性。Cr含量高，容易产生铁素体，导致C和CCr马氏体转化不*，会导致强度降低，韧性塑性增加。Cr17Ni4Cu4Nb钢成分分析可以推断KJ韧塑性比系列LH良好的系列倾向。

KJ-3与KJ-4其它合金元素基本相同，Ni含量分别是4.3%和4.98%对应的R是1018MPa和1065MPa。再用LH-4与LH-6为例,其Ni含量分别是4.65%和4.33%,对应R。分别是1076MPa和1045MPa,详图1。由此可见，热处理方法相同，其他元素的含量基本相同，随之而来Ni随着含量的增加，材料强度的增加，延伸率和冲击强度的降低。

OCr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化钢Ac，约为670℃,Ac,约为740℃,Ms为80~140℃,Mf约为32℃，常用的热处理方法是1020~1060℃范围内固溶处理，然后460~650℃范围内的时效处理[5]，为了进一步细化颗粒，采用固溶+中间调节处理+时效处理[6]。我厂的轴材为固溶时效，具体热处理方法参数如表2所示。

0Cr17Ni4Cu4Nb除了相同的固溶温度外，钢的三种不同的热处理方法有不同的参数，其相应的力学性能结果如表3所示。在这三个样品中，KJ冲击平均值为207J,其韧塑性好，其次是进口轴料，LH相对较低的系列样品；LH系列样品的抗拉强度、屈服强度、伸长率和伸长率KJ系列相当，LH系列样品的平均强度略高于KJ进口轴料系列样品IT低强度的系列。

我公司产品质量反馈发现，KJ在加工和使用过程中，一系列材料的加工质量是稳定的，在加工和使用过程中没有材料的质量问题，LH在一系列材料的加工过程中，多次出现弯曲变形，而进口轴材料的使用数量有限，没有出现问题。说明当强度相等时，加工质量越稳定，加工质量越稳定。

一方面，这是和KJ奥氏体在合金元素系列中产生元素Ni，Cu含量高过LH相关系列。另一方面KJ系列样品的固溶采用阶段均温，固溶保温时间远长于LH系列样品、渗碳体和合金元素可以*溶解在马氏体中。充足的绝缘时间进一步保证了合金元素的均匀分布。在油冷过程中，油的冷却速度为500~350℃在最快的情况下，温度冷却速度迅速减慢，在马氏体转变区有较小的冷却速度，可以降低组织应力，细化晶粒，提高材料的韧性和塑性。尽管LH固溶温度为1040℃,但是保温时间很短，合金元素可能会收缩。此外，冷却方式为水冷，水冷却速度最快为400~100℃范围内，与马氏体转换区(约140)~32c)[部分温度重叠，即马氏体在过快的冷却速度下变化，组织应力相对较大。如果随后的应力没有*消除，在加工过程中（特别是长轴零件的加工）很容易变形，如弯曲。最后不排除是LH由于热应力、组织应力在材料内部产生残余应力，导致加工过程中出现弯曲，系列材料的热处理过程质量失控。

1)KJ系列试样与LH系列相比,Cr，Ni，Cu,Mn特别是Ni含量高，铁素体含量降低，韧性和塑性相对较好。今后要注意控制少量元素。N，Al，Ti，Co等含量。

2)在三种热处理工艺中，当固溶温度相同时，不同的固溶时间和冷却方法对材料的微观结构、机械性能和加工稳定性有很大的影响。1040℃固溶4h580℃时效10h与这一工艺相对应的韧塑性好，加工质量稳定。

3)在三个系列中，KJ其次是进口轴料，韧塑性好，其次是进口轴料，LH相对较低的系列；LH系列样品抗拉强度、屈服强度、伸长率和伸长率KJ相当于系列，进口轴材料IT低强度的系列。