孫 奇,張立新,韋廷立,張 穎,于 湃,劉天釗,張 闖

(中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責任公司 技術中心理化所,沈陽 １１００４３)

摘 要:在某廠日常檢測中,有多爐批次１Cr１１Ni２W２MoV 鋼棒材出現(xiàn)沖擊韌度不合格的現(xiàn)象.為了找到不合格的原因,從化學成分、熱處理制度方面來展開分析,并進行了比對試驗.結果表明:熱處理回火溫度是影響１Cr１１Ni２W２MoV 鋼沖擊韌度的主要因素;回火溫度選擇在５４０~５９０ ℃的１Cr１１Ni２W２MoV 鋼試樣沖擊韌度全部合格,回火溫度選擇在６６０~７１０ ℃的試樣沖擊韌度部分不合格.選擇回火溫度為５４０~５９０ ℃,可提高材料的合格率,確保生產(chǎn)進度.

關鍵詞:１Cr１１Ni２W２MoV 鋼;沖擊韌度;回火溫度

中圖分類號:TG１１５．２ 文獻標志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１７)０３Ｇ０１６５Ｇ０４

收稿日期:２０１６Ｇ０６Ｇ２５

作者簡介:孫 奇(１９６２－),男,高級工程師,主要從事金屬材料力學性能 檢 測、飛 機 發(fā) 動 機 故 障 件 分 析、試 驗 工 裝 研 制 等 工 作,zhangruiying５１８＠１６３．com．cn.

EffectofTemperingTemperatureonImpactToughnessof１Cr１１Ni２W２MoVSteelSUNQi,ZHANGLiＧxin,WEITingＧli,ZHANGYing,YUPai,LIUTianzhao,ZHANGChuang(TechnologyCenterPhysicochemicalResearchInstitute,ChinaAviationShenyangLimingAviationEngineCo．,Ltd．,Shenyang１１００４３,China)

Abstract: During daily testing in one plant,the impact toughness of multi furnace batches of

１Cr１１Ni２W２MoVsteelbarswasfoundunqualified．Tofindthereasonsfordisqualification,analysiswascarriedout

fromtheaspectsofchemicalcompositionandheattreatmentregime,andthecomparativetestsweredone．The

resultsshowthat:thetemperingtemperatureofheattreatmentwasthemainfactoraffectingtheimpacttoughness

of１Cr１１Ni２W２MoVsteel;theimpacttoughnessofthe１Cr１１Ni２W２MoVsteelspecimenswasallqualifiedwhenthe

temperingtemperaturewas５４０Ｇ５９０ ℃;theimpacttoughnessofsome１Cr１１Ni２W２MoVsteelspecimenswasnot

qualifiedwhenthetemperingtemperaturewas６６０Ｇ７１０℃．Thequalifiedrateofthematerialcouldbeimprovedand

theproductionschedulecouldbeensuredbyselectingtemperingtemperatureas５４０Ｇ５９０ ℃．

Keywords:１Cr１１Ni２W２MoVsteel;impacttoughness;temperingtemperature

理制度執(zhí)行,但在該材料進行入廠原材料復驗時,多批次棒 材 出 現(xiàn) 沖 擊 性 能 不 合 格 的 問 題. 筆 者 從１Cr１１Ni２W２MoV 鋼的化學成分、熱處理制度方面展 開 原 因 排 查,進 行 了 比 對 分 析,以 尋 求１Cr１１Ni２W２MoV 鋼沖擊性能不達標的主要原因.

１ 試樣制備與方法

１Cr１１Ni２W２MoV 鋼棒材的化學成分如表１所示,可見其各元素的含量均滿足 GJB２２９４－１９９５的要求.

采用上述I組熱處理制度對１Cr１１Ni２W２MoV鋼棒材進行熱處理,各爐批次鋼采用的具體回火溫度見表３.熱處理后,按照 GB/T２２９－２００７[２]進行沖擊試驗.采用 ZBC２３０ＧC 型 擺 錘 式 沖 擊 試 驗 機 測 試１Cr１１Ni２W２MoV 鋼的沖擊吸收能量,沖擊試驗用試樣為夏比 U 型缺口試樣[２],如圖１所示.

２ 試驗結果與討論

２．１ 試驗結果

各爐批次１Cr１１Ni２W２MoV 鋼采用I組熱處理制度熱處理后的沖擊性能如表３所示,可以看出,I組１７爐批次１Cr１１Ni２W２MoV鋼棒材中有１３爐批次的沖擊吸收能量不合格,不合格率達到７６．５％,而合格爐批次的沖擊吸收能量富裕度也并不大.為了確定熱處理制度對材料沖擊韌度的影響,對５爐批次的鋼重新取料采用Ⅱ組熱處理制度進行熱處理,采用不同溫度進行回火,然后測試材料的沖擊性能,結果如表４所示.可以看出,原來接近沖擊吸收能量合格線邊緣的 １Cr１１Ni２W２MoV 鋼采用Ⅱ組熱處理制度熱處理后,部分１Cr１１Ni２W２MoV鋼的 沖 擊 吸 收 能 量 提 高 了 ３~４ 倍. 對 這 些１Cr１１Ni２W２MoV 鋼進行力學性能測試,結果顯示材料的強度提高,而塑性降低了.可見回火溫度直接影響了１Cr１１Ni２W２MoV 鋼的綜合性能指標[４],尤其對沖擊韌度的影響最大,可以得知沖擊韌度對金屬材料顯微組織的變化比較敏感[５].采用Ⅱ組熱處理制度后,１Cr１１Ni２W２MoV 鋼的沖擊吸收能量均大于５５J,即選用的５爐批次的試樣全部合格.選取爐批號為２X４７０(沖擊吸收能量４３．０J),３X７７(沖擊吸收能量５０．０J),３A１９３(沖擊吸收能量７８．５J)的沖擊試驗后的１Cr１１Ni２W２MoV 鋼試樣進行金相檢驗,結果如圖２~４所示.可以看出,３爐批次試樣的顯微組織均為典型的回火索氏體組織,晶粒大小基本一致,組織差別不大.

在此放 大 倍 數(shù) 下 未 觀 察 到 １Cr１１Ni２W２MoV鋼的顯微組織與沖擊韌度之間的關系,今后需要進行進一步的分析工作,可采用高倍數(shù)的場發(fā)射技術對試樣斷口進行組織觀察,探討組織中的強化相與沖擊韌度之間的聯(lián)系,找出其相應的規(guī)律.

２．２ 討論

Ⅰ組熱處理試樣組織的晶粒度為７~８級,碳化物分散均勻,鋼中夾雜物含量在控制范圍內(nèi),均符合技術標準的要求,但沖擊韌度偏低;Ⅱ組熱處理試樣的沖擊韌度明顯提高.經(jīng)分析,１Cr１１Ni２W２MoV 鋼要預先進行正火處理,再進行淬火及回火處理.從沖擊試驗結果分析,淬火溫度對沖擊韌度的影響并不大,而回火溫度對其有顯著的影響作用.從中國航空材料手冊[６]有關１Cr１１Ni２W２MoV鋼技術資料的報道可以看出,回火溫度對１Cr１１Ni２W２MoV鋼的沖擊性能有決定性的影響.早在１９６５年,在１Cr１１Ni２W２MoV 鋼國產(chǎn)化時有鋼廠及科研院所進行了專項分析研究找出了回火溫度對其沖擊韌度的影響規(guī)律,并在１９８８年繪制了１０００~１０２０ ℃淬火＋不同溫度回火對沖擊韌度影響的曲線,如圖５所示.

圖５中的曲線１由北京航空材料研究所繪制,曲線２由新都機械廠繪制,曲線３由撫順鋼鐵廠繪制.直線段表示技術標準中規(guī)定的沖擊吸收能量標準下限(７１ J) 換算的沖擊韌度下限(８８７．５kJ??m－２),沖擊韌度在直線段以上的數(shù)據(jù)為合格,在直線段以下的為不合格.由圖５可見,隨著回火溫度的改變,１Cr１１Ni２W２MoV 鋼的沖擊韌度波動較大,回火溫度在４３０~５２０ ℃時,３條曲線均在標準下限直線段之下,沖擊韌度不能滿足標準要求;回火溫度在５５０~５８０ ℃時,３條曲線均在標準下限直線段之上,沖擊韌度合格;回火溫度在５９０~６９０ ℃時,３條曲線均處于波谷,沖擊韌度有不合格的可能,其中北京航空材料研究院繪制的曲線就在標 準下限直線段之下;若回火溫度在６９０ ℃以上,３條曲線均在標準值曲線之上,沖擊韌度則合格.

３ 結論及建議

(１)１Cr１１Ni２W２MoV 鋼的沖擊韌度與回火溫度沒有線性關系.其沖擊韌度隨著回火溫度的增加呈大幅波動趨勢.采用Ⅰ組回火溫度６６０~７１０ ℃

進行回火處理,在此溫度范圍內(nèi)部分鋼材的沖擊韌度達不到技術標準≥７１J的要求,從而出現(xiàn)不合格現(xiàn)象.

(２)在保證材料安全使用的前提下,采用Ⅱ組回火溫度５４０~５９０℃進行回火處理,沖擊韌度均能夠達到技術標準≥５５J的要求,材料全部合格.

(３)１Cr１１Ni２W２MoV 鋼沖擊韌度是否合格是依據(jù)相關國家技術標準中關于沖擊韌度的指標來判定的.但復驗時技術協(xié)議中選擇熱處理制度的合理性值得商榷,需要積累更多的試驗數(shù)據(jù)來進行判別和修訂.