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某型產(chǎn)品中使用的新材料X4CrNiMo16-5-1又稱S165M，該材質(zhì)具有優(yōu)良的綜合機械性能和一定的耐腐蝕性能，主要用于海洋工程產(chǎn)品上。目前設(shè)計圖紙中該材質(zhì)技術(shù)要求達到QT900，經(jīng)查閱國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)的技術(shù)要求，X4CrNiMo16-5-1為國外牌號，國內(nèi)還沒有可以代替的類似材料，也沒有公開發(fā)表的熱處理工藝。熱處理技術(shù)要求高，難度大，且該材料從未進行過試驗、生產(chǎn)，也沒有相適宜的熱處理工藝方法，屬新材料，因此需要進行熱處理工藝研究，找出最佳的熱處理工藝方法和工藝參數(shù)，達到設(shè)計要求的力學(xué)性能及加工需求，以滿足該材質(zhì)產(chǎn)品零件的熱處理要求。

1技術(shù)要求

1）結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)試驗條件，選擇直徑為φ50mm圓鋼為試驗材料，原始態(tài)為退火狀態(tài)。2）按EN10088-3:2005(E)標(biāo)準(zhǔn)，φ50mm直徑圓鋼QT900對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求為：(縱向)900Mp≤Rm≤1100Mp，Rp0.2≥700Mp，A≥16%，AKV≥80J（常溫）。3）X4CrNiMo16-5-1材料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）如表1所示。

2試驗研究

2.1試驗設(shè)備高溫?zé)崽幚頎t一臺，型號為RT2-120-12。力學(xué)性能試驗在WEW-600型微機屏顯液壓萬能試驗機上進行拉伸試驗，拉伸試樣按GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》執(zhí)行，在JB30A型294/147沖擊試驗機上進行沖擊試驗，夏比V型缺口，沖擊試樣執(zhí)行GB/T229-2007《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》，顯微組織觀察在南京晨光集團圖像分析儀QMW550上進行。

2.2試驗方法為研究淬火溫度對X4CrNiMo16-5-1鋼組織和性能的影響，選擇950℃、990℃、1020℃三種淬火溫度，淬火分別保溫90min，淬火方式選用油冷。為研究回火溫度對X4CrNiMo16-5-1鋼組織和性能的影響，選用560℃、590℃、620℃、650℃四種回火溫度分別對上述三種淬火溫度進行回火，回火保溫時間為120min，冷卻方式選用油冷。

3試驗結(jié)果與分析

3.1淬火溫度對X4CrNiMo16-5-1鋼組織和性能的影響X4CrNiMo16-5-1屬低碳合金鋼，經(jīng)950℃、990℃、1020℃淬火后均獲得板條狀馬氏體組織，且馬氏體組織上有鐵素體，如圖1所示。950℃淬火得到的是板條馬氏體，馬氏體組織上分布著鏈條狀鐵素體，990℃淬火得到的是高密度型的位錯馬氏體，且鐵素體形貌發(fā)生了改變，鏈條已被打斷；1020℃淬火時，獲得位錯型馬氏體和鐵素體，且鐵素體聚集長大。從圖1看出，隨淬火溫度的升高，馬氏體板條略微增大。表2是不同淬火溫度下的拉伸、沖擊性能，可以看出，隨淬火溫度的提高，Rm、Rp0.2變化不明顯，塑性基本不變，沖擊有所提高，這是由于淬火溫度提高，奧氏體中溶入了較多的合金元素，有利于提高韌性。由于鋼成分含有較高的合金元素鉻、鎳，為保證合金碳化物充分溶解和奧氏體內(nèi)成分的均勻化，淬火溫度應(yīng)高些，同時淬火溫度過高，奧氏體晶粒有長大的風(fēng)險。X4CrNiMo16-5-1鋼含較高成分的合金元素Cr、Ni、Mo，能增強淬透性，降低Ms點，奧氏體穩(wěn)定，采用空冷也可以獲得馬氏體和高的硬度，為保證更高的淬透性和強韌性，采用油冷卻淬火，選用990℃比較適宜。

3.2回火溫度對X4CrNiMo16-5-1鋼組織和性能的影響不同回火溫度下X4CrNiMo16-5-1鋼的力學(xué)性能如表3所示，990℃淬火，不同回火溫度下的顯微組織如圖2所示。在560℃~650℃范圍內(nèi)回火，隨回火溫度的升高，強度呈下降趨勢，950℃和1020℃淬火態(tài)時，延伸率呈下降趨勢，這種變化規(guī)律不利于材料的使用性能。990℃淬火態(tài)時延伸率呈升高趨勢，斷面收縮率、韌性變化不明顯。990℃淬火，不同回火溫度下的顯微組織如圖2所示。從圖2金相組織上看出，560℃回火時，回火組織基本保持淬火后的馬氏體形態(tài)，只是板條馬氏體有細化的特征。590℃~650℃回火，隨回火溫度的升高，較粗淬火形態(tài)的馬氏體逐漸消失，形成細小的板條馬氏體形態(tài)的索氏體，組織隨回火溫度升高逐漸顯得粗大，且鐵素體呈細小均勻分布，均勻分布的鐵素體存在對提高塑性和韌性是有很大作用的，細小均勻分布的鐵素體還有利于阻止裂紋擴展，由于高密度的位錯強化彌補了因鐵素體引起的強度降低。綜上所述，990℃淬火、590℃回火后得到最佳的綜合機械性能匹配，屈強比較低、組織為具有細小板條馬氏體形態(tài)的索氏體＋鐵素體。

4結(jié)論

1）X4CrNiMo16-5-1不銹鋼950℃~1020℃淬火，得到的組織均為板條馬氏體＋鐵素體，不同溫度淬火處理形成不同尺寸、形狀的板條馬氏體，對拉伸性能影響無明顯，沖擊性能隨淬火溫度升高而增大。2）990℃淬火后，隨回火溫度的升高，較粗的淬火板條馬氏體逐漸分解成細小的板條馬氏體，強度下降，延伸率提高，韌性變化不明顯，調(diào)質(zhì)后獲得組織為細小的具有板條馬氏體形態(tài)的索氏體＋鐵素體。3）X4CrNiMo16-5-1不銹鋼調(diào)質(zhì)最佳熱處理工藝參數(shù)為990℃淬火，油冷，590℃回火，能獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能匹配，其力學(xué)性能滿足QT900設(shè)計技術(shù)要求。4）通過試驗，制定了該材料的熱處理調(diào)質(zhì)工藝及參數(shù)，已成功應(yīng)用在某產(chǎn)品零件中。

作者：潘良高 單位：海軍駐南京地區(qū)航天機電系統(tǒng)軍事代表室