李許明，宋璽玉，馬鳳春，王曉軒，李凱峰，閆 磊

(中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng)110043)

1Cr18Ni9Ti是我國(guó)綜合前蘇聯(lián)兩種材料12X18H10T和12X18H9T而成的18－8系列不銹鋼中應(yīng)用最廣泛的一種材料。1Cr18Ni9Ti板材在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上主要應(yīng)用于各種500℃以下工作的安裝邊等零件，在民用上更用于制造各種反應(yīng)釜、儲(chǔ)存罐等設(shè)備。由于其應(yīng)用范圍廣，使用量大，而民品要求又低，因此鋼廠在生產(chǎn)該材料時(shí)使用返回料的量大，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)各種殘余元素。前段時(shí)間某鋼廠生產(chǎn)的1Cr18Ni9Ti板材含有殘余V元素，為確定該材料能否投產(chǎn)使用，有必要研究殘余V 含量對(duì)1Cr18Ni9Ti的組織性能的影響。［1－8］

1 試驗(yàn)用料

為了比較含V含量對(duì)組織和性能的影響，選擇了3種不同V含量的材料進(jìn)行試驗(yàn)?；瘜W(xué)成分見(jiàn)表1。

2 試驗(yàn)方案

1Cr18Ni9Ti材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上主要用于500℃以下工作零件，因此實(shí)驗(yàn)方案制定主要是針對(duì)零件工況和技術(shù)條件的要求而制定，方案如下:

表1 試驗(yàn)料化學(xué)成分

(2)時(shí)效態(tài)金相組織、室溫拉伸、500℃拉伸性能

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 金相組織

3.1.1 固溶態(tài)夾雜物

夾雜物主要為T(mén)IN夾雜以及點(diǎn)狀氧化物夾雜，其它類型夾雜物較少。

夾雜物形態(tài)見(jiàn)圖1，主要為點(diǎn)狀 TIN、TiC類型夾雜物。雖然V是強(qiáng)奪C、N元素，但由于材料中有Ti存在，C、N優(yōu)先和Ti結(jié)合導(dǎo)致V固溶進(jìn)入奧氏體中，因而未形成V的夾雜物。

圖1 各試驗(yàn)料的夾雜物形態(tài)

3.1.2 固溶態(tài)α相

三爐試驗(yàn)料均未見(jiàn)α相，即使在偏析部位也 未見(jiàn)(見(jiàn)圖2)，可能數(shù)量較少，且未集中分布。

圖2 α相

不同V含量的原始固溶態(tài)金相顯微組織基本相同，組織為奧氏體+TiN(C)析出物，掃描電鏡分析未見(jiàn)其它類型的析出物，可能其它類型的碳化物已全部固溶到基體了。雖然V是強(qiáng)烈的鐵素體形成元素，但也未觀察到α鐵素體。因此，V含量對(duì)原始固溶態(tài)金相顯微組織的影響不大。

3.1.3 時(shí)效態(tài)的金相顯微組織

由于原始態(tài)中的TiN(C)析出相較多，且時(shí)效過(guò)程中析出的碳化物細(xì)小，因此隨400℃、500℃時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，金相顯JP微組織未見(jiàn)明顯的變化;但隨500℃時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，細(xì)小的碳化物析出有增加的趨勢(shì)。圖3和圖4是試驗(yàn)料E3的圖片。

圖3 試驗(yàn)料(E3)400℃時(shí)效時(shí)間對(duì)金相顯微組織的影響

圖4 試驗(yàn)料(E3)500℃時(shí)效時(shí)間對(duì)金相顯微組織的影響

3.1.4 析出物分析

材料固溶態(tài)為奧氏體組織，見(jiàn)圖5(a);但內(nèi)部有大量的析出物，方形、三角形的析出物為T(mén)iN，見(jiàn)圖 5(b);桿狀、球狀為 TiC，見(jiàn)圖 5(c)、(d)。

圖5 固溶態(tài)SEM組織及析出

3.2 時(shí)效后的室溫拉伸性能

400℃、500℃時(shí)效時(shí)間對(duì)各試驗(yàn)料室溫力學(xué)性能的影響見(jiàn)圖6、圖7。

2.鼓勵(lì)集體創(chuàng)業(yè)模式，共同發(fā)展。隨著大學(xué)生畢業(yè)人數(shù)逐年增加，在國(guó)家資源有限的情況下，要不斷鼓勵(lì)大學(xué)生集體創(chuàng)業(yè)。集體創(chuàng)業(yè)模式的推進(jìn)有利于集思廣益，資源共享以及大學(xué)生團(tuán)結(jié)互助精神的培養(yǎng)，大家彼此協(xié)作，互相幫助，共同進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)資源利用率的最大化。增進(jìn)彼此感情的同時(shí)，大學(xué)生集體創(chuàng)業(yè)在一定程度上解決了我國(guó)資源短缺的問(wèn)題，壯大了大學(xué)生創(chuàng)業(yè)的隊(duì)伍，實(shí)現(xiàn)了共享發(fā)展。

由圖6可見(jiàn)，隨400℃時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度略有增加，延伸率變化不大。隨500℃時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率變化不大。

三批試驗(yàn)料比較，抗拉強(qiáng)度基本不變;屈服強(qiáng)度按E1、E2、E3試驗(yàn)料增加，與V含量的變化相對(duì)應(yīng);延伸率按E1、E2、E3試驗(yàn)料下降，與V含量的變化相反。

由此可見(jiàn)，V含量對(duì)400℃、500℃時(shí)效后的性能的影響不大，高V含量的試驗(yàn)料主要由于固溶強(qiáng)化而表現(xiàn)出略高的強(qiáng)度、略低的塑性。

圖6 400℃時(shí)效時(shí)間對(duì)各試驗(yàn)料室溫力學(xué)性能的影響

圖7 500℃時(shí)效時(shí)間對(duì)各試驗(yàn)料室溫力學(xué)性能的影響

3.3 時(shí)效后的500℃高溫拉伸性能

3.3.1 400℃時(shí)效后的高溫拉伸性能

400℃時(shí)效時(shí)間對(duì)500℃高溫拉伸性能的影響見(jiàn)圖8。

由圖8可見(jiàn)，隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，3種試驗(yàn)料的500℃抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度變化不大，E1、E2試驗(yàn)料的500℃延伸率變化不大，E3試驗(yàn)料略有下降的趨勢(shì)。

隨V含量的增加，500℃抗拉強(qiáng)度基本不變，500℃屈服強(qiáng)度略有增加，500℃延伸率略有降低。

由此可見(jiàn)，隨V含量的增加，400℃ ×150 h時(shí)效后的室溫及500℃拉伸性能均表現(xiàn)相同的規(guī)律，抗拉強(qiáng)度基本不變，屈服強(qiáng)度略有增加，延伸率略下降。可能是析出物非常細(xì)小且數(shù)量非常少。

圖8 400℃時(shí)效時(shí)間對(duì)500℃高溫拉伸性能的影響

3.3.2 500℃時(shí)效后的高溫拉伸性能

500℃時(shí)效時(shí)間對(duì)500℃高溫拉伸性能的影響見(jiàn)圖9。

由圖9可見(jiàn)，隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，3種試驗(yàn)料的500℃抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率變化不大。

隨V含量的增加，500℃抗拉強(qiáng)度基本不變，屈服強(qiáng)度略有增加，延伸率略有降低。

由于500℃時(shí)效的溫度較高，試驗(yàn)料在時(shí)效過(guò)程中會(huì)發(fā)生組織回復(fù)及碳化物的析出，回復(fù)過(guò)程降低其強(qiáng)度，彌散細(xì)小的析出使強(qiáng)度增加。由圖7(b)可見(jiàn)，低V含量的E1試驗(yàn)料屈服強(qiáng)度先升后降，而高V含量的E3試驗(yàn)料屈服強(qiáng)度基本不隨時(shí)效時(shí)間改變，可能析出了VC。但從圖9可見(jiàn)，500℃時(shí)效時(shí)間對(duì)500℃屈服強(qiáng)度的影響很小，表明時(shí)效過(guò)程中的VC析出并不多，對(duì)高溫性能不能產(chǎn)生明顯的影響。

圖9 500℃時(shí)效時(shí)間對(duì)500℃高溫拉伸性能的影響

3.4 時(shí)效后的晶間腐蝕性能

試驗(yàn)料經(jīng)400℃、500℃時(shí)效后晶間腐蝕試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)彎曲表面有細(xì)小的微裂紋，試驗(yàn)拋光后的照片見(jiàn)圖10，未見(jiàn)晶粒痕跡，可見(jiàn)無(wú)晶間腐蝕現(xiàn)象。

圖10 各試驗(yàn)料500℃×100 h時(shí)效+晶間腐蝕試驗(yàn)后的彎曲面拋光狀態(tài)金相

圖11 各試驗(yàn)料400℃×150 h時(shí)效+晶間腐蝕試驗(yàn)后金相顯微組織

各時(shí)效試驗(yàn)料經(jīng)晶間腐蝕試驗(yàn)后的顯微組織見(jiàn)圖11和圖12，未見(jiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象。晶間腐蝕主要是由于晶界Cr的碳化物析出而使晶界貧鉻引起的，Ti是強(qiáng)碳化物形成元素，加Ti使其與C作用析出TiC，使固溶C基本消除，這樣就不能出現(xiàn)鉻的碳化物析出而使晶界貧鉻出現(xiàn)晶間腐蝕。V與Ti具有類似的作用，雖然與C的結(jié)合力沒(méi)有Ti強(qiáng)，但比Cr強(qiáng)，可以優(yōu)先與C結(jié)合，對(duì)改善晶間腐蝕性能有利。

V含量不同的三爐試驗(yàn)料在400℃、500℃時(shí)效150 h后晶間腐蝕均出現(xiàn)表明微裂紋，但金相分析表明未出現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象，表明微裂紋的產(chǎn)生可能與TiN顆粒的尺寸較大有關(guān)。因此，V含量對(duì)晶間腐蝕性能不會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

4 結(jié)論

(1)在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，V含量高的試驗(yàn)料，400℃、500℃時(shí)效后的室溫、高溫強(qiáng)度略高，室溫、高溫塑性略低;

(2)不同V含量的試驗(yàn)料的顯微組織沒(méi)有明顯的差異，且在時(shí)效過(guò)程中均沒(méi)有明顯的變化;

(3)隨400℃時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，不同V含量的3爐試驗(yàn)料的室、高溫力學(xué)性能變化均表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，室溫強(qiáng)度略增加，室溫塑性變化不大，500℃高溫強(qiáng)度、塑性均變化不大;

(4)隨500℃時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，不同V含量的3爐試驗(yàn)料的室、高溫力學(xué)性能變化均表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，室溫、高溫強(qiáng)度及塑性變化均不大;

(5)不同V含量的試驗(yàn)料在400℃、500℃時(shí)效后，均無(wú)晶間腐蝕現(xiàn)象。

［1］張利，武保林，徐前剛，等.Mg/A1合金粉末熱壓燒結(jié)中相變護(hù)散過(guò)程研究［J］.沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，27(1):27 －30.

［2］高文杰.直升機(jī)復(fù)合材料國(guó)產(chǎn)化槳葉剖面特性的分析［J］.沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，28(1):22 －26.

［3］劉錫貝，徐前剛.電流對(duì)SnBi共晶合金熔體/Cu反應(yīng)偶界面反應(yīng)的影響［J］.沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，27(1):31 －35.

［4］藤田輝夫.不銹鋼的熱處理［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

［5］崔昆.鋼鐵材料及有色金屬材料［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1980.

［6］劉宗昌.材料組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?cè)恚跰］.北京:冶金工業(yè)出版社，2006.

［7］中國(guó)航空材料手冊(cè)編輯委員會(huì).中國(guó)航空材料手冊(cè)［M］.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1988.

［8］中國(guó)材料工程大典編委會(huì).中國(guó)材料工程大典［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2005.