热处理对17-4PH马氏体不锈钢显微组织及性能的影响

　　17-4PH钢是沉淀硬化马氏体不锈钢，与同类钢相比，具有一些与众不同的特性: 化学成分保证了它在固溶处理后冷却至室温时组织为低碳马氏体; 17-4PH钢含碳量较低，因此耐腐蚀性和可焊性均优于其它马氏体型不锈钢，而接近于某些奥氏体不锈钢; 热处理后，17-4PH 钢析出微细金属间化合物和少量碳化物，从而达到较高的强度; 与半奥氏体沉淀硬化不锈钢相比，其热处理工艺简单。由上述特点可知，通过对17-4PH钢进行相应的热处理，可获得高强度和一定耐蚀性相结合的高强不锈钢，兼有Cr-Ni奥氏体不锈钢耐蚀性较好和马氏体钢强度高的优点，因此17-4PH钢可作为超高强度耐蚀材料在核工业、航空和航天工业中应用[1-5]。

　　沉淀硬化不锈钢具有复杂的显微组织、优良的综合性能，这些特点除了与材料化学成分相关外，还取决于热处理工艺。目前已报道的研究工作主要是采用固溶处理后进行时效处理的热处理方式，来提高钢的力学性能，并通过改变时效处理的温度(460～650℃)来得到理想的硬度、强度与塑性的组合。但由于固溶处理后的奥氏体含有大量合金元素(如Cr、C、N等)，增强奥氏体稳定性，降低了马氏体转变温度(Ms)，冷却时不易转变为马氏体，因此仅仅通过固溶及时效处理不能完成马氏体的充分转变，因而使得17-4PH钢的性能潜力未能被充分发掘[6-10]。本试验在固溶处理和时效处理之间增加调整处理。通过在固溶处理之后进行调整处理来调节奥氏体固溶体的实际化学成分，从而控制马氏体转变温度Ms点，使马氏体转变温度高于室温某一温度，实现马氏体相变的最佳效果，从而得到良好的综合力学性能。本文通过对有、无调整处理的试验结果进行比对，着重研究了调整处理对17-4PH钢显微组织和力学性能的影响。

　　1 试验材料与方法

　　试验所用材料为60mm×200mm的17-4PH沉淀硬化马氏体不锈钢锻件。其化学成分如表1所示。

　　将钢棒线切割成15mm×15mm×15mm的小试样，在配有热电偶高温炉中对试样进行热处理，具体工艺如表2所示。

　　利用MVC1000B型显微硬度计对试样进行硬度测试(载荷为50g，加载时间为15s); 利用XRD6000型的X射线衍射仪进行分析(XRD); 利用Nikon-MA100型的金相显微镜进行光学显微分析; 利用EVO-18型的扫描电子显微镜进行SEM分析及EDS能谱分析。

　　2 结果与讨论

　　2.1 热处理对材料显微组织的影响

　　图1为17-4PH钢进行不同热处理后的XRD检测图。从图1可以看出: 未进行热处理的试样主要由马氏体和极少量未溶解的碳化物(Cr₇C₃)组成[11]。经过固溶处理后，未溶解的碳化物发生溶解，得到全部的板条状马氏体。而固溶处理后再进行时效处理，第二相析出物出现，主要为Cr₇C₃及Cu(fcc)。在进行时效处理后Cu(fcc)的出现是硬度及强度提高的主要原因。并且随着时效温度的升高，第二相析出物粗化，硬度降低，同时在进行高温时效时，会有逆变奥氏体产生，逆变奥氏体的产生会降低马氏体的硬度及强度，但钢的塑性有所提高，因此可以通过合理的热处理方式来达到理想匹配的硬度、强度与塑韧性的综合力学性能[12]。