0Cr17Ni7A1不锈钢热处理工艺研究
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摘要：研究了热处理工艺对0Cr17Ni7A1不锈钢洛氏硬度的影响。将0Cr17Ni7A1不锈钢调整处理后冷却到15℃以下进行深冷处理，并保证调整处理和深冷处理的时间间隔小于1h，可以降低组织的奥氏体稳定化程度，使其转变为马氏体组织，从而提高材料的洛氏硬度。经固溶处理一调整处理一深冷处理一时效处理，可以明显提高0Cr17Ni7A1不锈钢的洛氏硬度，为44-47，符合稳定使用标准的要求。
关键词：过渡型不锈钢;热处理工艺;冷却;洛氏硬度
中图分类号：TG 142.71 文献标志码：A
0Cr17Ni7A1不锈钢是美国Armco Steel公司1948年研制出来的一种沉淀硬化不锈钢，属于半奥氏体沉淀硬化不锈钢的一种。0Cr17Ni7A1不锈钢具有奥氏体钢的耐腐蚀性强、冷加工性能好的优点，同时兼具马氏体钢可通过相变和沉淀硬化提高强度的优点，被广泛应用于制造航空发动机的弹簧、飞机内架、纵梁支架、发动机恒速器弹簧、卫星零件的弹簧垫圈、各种仪表弹簧（拖簧、恒力簧）、军工手枪弹簧、热圈及机器部件等。0Cr17Ni7A1不锈钢的主要成分如表1所示。
0Cr17Ni7A1不锈钢的上述特点，是由于其马氏体转变温度（Ms）较低，经固溶处理后能获得不稳定的奥氏体组织，具有较好的塑性和成形性，便于进行冷加工和焊接加工等。这种奥氏体组织可以通过热处理或冷加工转变为马氏体组织，并经过时效处理，析出硬质相，进一步提高材料的硬度。
0Cr17Ni7A1不锈钢用作弹性材料时，通常采用不同的热处理工艺来实现马氏体转变和沉淀硬化，如通过固溶+冷拉+时效，固溶+调质+冷处理+时效和固溶+调质+时效来获得不同的使用性能。然而对0Cr17Ni7A1不锈钢的热处理工艺的研究，尤其是结合实际生产条件的研究报道较少。
为了实现0Cr17Ni7A1不锈钢的工业化应用，本文分析了不同热处理工艺对0Cr17Ni7A1不锈钢洛氏硬度的影响，探讨了其硬化机制，为蝶形弹簧零件的生产和开发提供参考依据。
1试验
试验选用固溶态的0Cr17Ni7A1不锈钢板材加工成蝶形弹簧零件，结构如图1所示。该蝶形弹簧零件的基本使用要求是洛氏硬度稳定在42-47。0Cr17Ni7A1不锈钢样品在RYD-75-9型盐浴炉中进行高温调整处理，在RQ3-60-9渗碳炉中进行中温调整和时效处理。具体热处理工艺如表2所示。
2结果与讨论
2.1热处理工艺对0Cr17Ni7A1不锈钢洛氏硬度的影响
根据蝶形弹簧零件的基本要求、加工情况以及车间现有的生产条件，选用的工艺方法如下：加工成形-调整处理-时效处理-吹砂。首先对0Cr17Ni7A1不锈钢进行加工成形处理，然后进行调整和时效处理（工艺1）。对工艺1生产的产品进行洛氏硬度分析，随机在热处理炉的不同位置选择5个样品测试其洛氏硬度（见图2），可以发现，工艺1处理后的样品的洛氏硬度平均值在28左右，远远低于要求的洛氏硬度指标。
为了进一步分析0Cr17Ni7A1不锈钢的热处理工艺对其洛氏硬度的影响规律，采用工艺2对其进行热处理，其洛氏硬度平均值约为22（见图2）。这与徐效谦和严茂芳等的研究結果完全相反。
图3为工艺2热处理后0Cr17Ni7A1不锈钢样品的金相图。从图3中可以看出，材料的组织主要为奥氏体组织。奥氏体组织的硬度较低，这与材料的洛氏硬度约为22一致。
张文华和朱韬等研究表明，0Cr17Ni7A1不锈钢的Ms较低。固溶处理后，组织中通常会有大量的奥氏体保留下来，因此在调整处理后应采取一定的措施来提高马氏体的转变程度，以保证在时效前基本上保持马氏体组织，之后再进行时效处理，使其获得高强度和良好韧性配合的综合力学性能。
图4为调整处理温度对0Cr17Ni7A1不锈钢Ms的影响。从图4中可以看到，760℃调整处理时Ms略高于80℃，零件在室温或更低的温度下停留会导致奥氏体稳定化，造成组织中马氏体含量较低，导致其洛氏硬度偏低，仅为28左右。采用工艺2进行950℃调整处理后和深冷处理前，由于没有恒温深冷处理设备，试样采用保温桶和液氮进行深冷处理，生产周期较长，调整处理与深冷处理时间间隔超过8h。低温下长时间停留会导致奥氏体稳定化程度大大提高，在深冷处理时，样品组织转化成板条马氏体的数量极少（见图3）。
丁文华等的研究表明，为了完成马氏体转变，达到最大强化效果，需使样品冷却到15℃以下。由于受季节、地理位置等因素影响，760℃调整处理后空冷或水冷都不能保证零件温度处于15℃以下。结合上述研究，采用工艺3对样品进行热处理，760℃调整处理后空冷，然后在15℃以下进行深冷处理。为了减少奥氏体的稳定化，调整处理和深冷处理的时间间隔应控制在1 h之内。
图5为工艺3处理后的0Cr17Ni7A1不锈钢样品的显微组织图。从图5中可以看出，0Cr17Ni7A1不锈钢组织完全转变为板条马氏体。奥氏体减少，板条马氏体增加。由于板条马氏体的高硬度特性，使样品的洛氏硬度达到45-46。针对现有的生产设备和技术条件，对样品采用固溶处理-调整处理-深冷处理-时效处理工艺进行生产，可以满足产品的设计和生产要求。经过多批次的重复生产试验，0Cr17Ni7A1不锈钢样品的洛氏硬度为44-47，重复性好，并且推广到其他两个产品，多次生产，洛氏硬度均稳定在44-47。
2.2调整处理后室温停留时间对0Cr17Ni7A1不锈钢样品硬度的影响
表3为调整处理后，室温停留时间对样品洛氏硬度的影响。从表3和图5中可以看出，无论是工艺2还是工艺3，调整处理与深冷处理之间的时间间隔大于1 h均会使奥氏体稳定化，降低样品中板条马氏体的含量，从而降低样品的洛氏硬度。而停留时间小于1 h，0Cr17Ni7A1不锈钢中奥氏体来不及稳定化，进行深冷处理时，会增加板条马氏体的转变程度，增加组织中板条马氏体的含量，提高样品的洛氏硬度，达到44-47。后经多批次生产应用，均未出现洛氏硬度不达标问题。
3结论
（1）0Cr17Ni7A1不锈钢经过固溶处理-调整处理-深冷处理-时效处理，可以使0Cr17Ni7A1不锈钢的洛氏硬度得到明显提高。
（2）oCr17Ni7A1不锈钢经调整处理后将其冷却至15℃以下进行深冷处理，可以基本保持马氏体组织，从而提高材料的洛氏硬度。
（3）实际生产中，调整处理和深冷处理的时间间隔不能过长，需要小于1h，可减少组织奥氏体稳定化时间，提高材料组织中的板条马氏体转变程度，提高材料的洛氏硬度。
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