马氏体不锈钢热处理及其拉伸性能

　　随着科技发展和社会进步，高强度不锈钢的开发和应用成为材料领域的重要研究课题之一。17-4PH(即05Cr17Ni4Cu4Nb)钢是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，具有高强度、高硬度、抗腐蚀性、耐压性等优点，具有良好的发展前途及重要的工程应用价值。它多应用于航天(涡轮机叶片)、机械制造、直升机甲板、核废物桶、海上平台及化工设备等多种领域，具有很高的应用价值，尤其在航空航天、石油开采、核工业及机械制造等国家重要领域存在着广泛的应用和迫切的需求[1]。

　　17-4PH沉淀硬化不锈钢经过热处理后，产品的力学性能更加完善[2]。该不锈钢的热处理一般采用固溶与时效处理，目前对其过时效及太过时效的研究很多[3-5]，但对其400～500℃温度区间内时效处理的研究却不多，对此温度区间内时效处理的微观组织演变及其对拉伸性能的影响的研究还鲜见报道[6]。

　　1 试验材料与方法

　　试验材料为17-4PH 马氏体沉淀硬化不锈钢，来料为Φ40mm的圆棒。其化学成分为(质量分数，%):17.22Cr，3.91Ni，3.01Cu，0.06C，0.16Nb，0.81Si，0.76Mo，余量Fe。在高温箱式炉及自制中温盐浴炉进行热处理，试样尺寸为10mm×10mm×5mm。热处理后，将原始试样用240～1800号水砂纸研磨并抛光，组织观察用盐酸硫酸铜溶液: Cu2SO4(2g)+HCl(10mL)+蒸馏水(10mL)腐蚀，试样吹干后在CMM-33E金相显微镜下观察并照相; 同理，晶粒观察用K2MnO4(0.5～1g)+H2SO4(8～12mL)+蒸馏水(90～115mL)的侵蚀溶液腐蚀后进行。

　　硬度测试在HR-150A型洛氏硬度计上进行，每个试样测量3点取其平均值。利用CSS-44100万能材料试验机测量不同时效工艺下材料的拉伸性能，拉伸试样如图1所示。拉伸试验按GB/T 228—2002《金属材料 室温拉伸试验方法》标准进行。试验温度为室温，用引伸计记录曲线，得到弹性模量、弹性极限、抗拉强度、屈服强度、伸长率及断面收缩率等数据。试样测量两组取其平均值。在HITACHI S-570扫描电镜上分析拉伸断口形貌。为避免氧化，采用新鲜断口或将断口浸泡在无水乙醇中。

　　2 试验结果与分析

　　2.1 固溶与时效组织

　　图2给出了17-4PH不锈钢在1040℃固溶处理后的晶粒和金相组织。由图2可见，在1040℃固溶处理后的晶粒大小均匀，组织主要为板条马氏体。

　　图3为400～500℃时效4h后的组织。由图3可见，在较低温度下时效处理后组织为淬火马氏体和少量回火马氏体，其上分布一定的沉淀析出相，淬火马氏体和回火马氏体可明显区分，晶界明显，白色区域为淬火马氏体，黑色区域为回火马氏体。随着时效温度的升高，析出相尺寸增大、数量增多，越来越密集的分布在马氏体基体上。时效过程中淬火马氏体逐渐转变为回火马氏体。随时效温度的升高，析出相数量和尺寸增大，导致晶界化学成分不均性增加，因而晶界也随之易受腐蚀。随温度升高，黑色区域增加。回火马氏体也由分散的条带状逐渐连接成大块的片状。