分享：回火温度对1Cr11Ni2W2MoV钢冲击性能的影响

孙 奇,张立新,韦廷立,张 颖,于 湃,刘天钊,张 闯

(中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 技术中心理化所,沈阳 １１００４３)

摘 要:在某厂日常检测中,有多炉批次１Cr１１Ni２W２MoV 钢棒材出现冲击韧度不合格的现象.为了找到不合格的原因,从化学成分、热处理制度方面来展开分析,并进行了比对试验.结果表明:热处理回火温度是影响１Cr１１Ni２W２MoV 钢冲击韧度的主要因素;回火温度选择在５４０~５９０ ℃的１Cr１１Ni２W２MoV 钢试样冲击韧度全部合格,回火温度选择在６６０~７１０ ℃的试样冲击韧度部分不合格.选择回火温度为５４０~５９０ ℃,可提高材料的合格率,确保生产进度.

关键词:１Cr１１Ni２W２MoV 钢;冲击韧度;回火温度

中图分类号:TG１１５．２ 文献标志码:A 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１７)０３Ｇ０１６５Ｇ０４

收稿日期:２０１６Ｇ０６Ｇ２５

作者简介:孙 奇(１９６２－),男,高级工程师,主要从事金属材料力学性能 检 测、飞 机 发 动 机 故 障 件 分 析、试 验 工 装 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

理制度执行,但在该材料进行入厂原材料复验时,多批次棒 材 出 现 冲 击 性 能 不 合 格 的 问 题. 笔 者 从１Cr１１Ni２W２MoV 钢的化学成分、热处理制度方面展 开 原 因 排 查,进 行 了 比 对 分 析,以 寻 求１Cr１１Ni２W２MoV 钢冲击性能不达标的主要原因.

１ 试样制备与方法

１Cr１１Ni２W２MoV 钢棒材的化学成分如表１所示,可见其各元素的含量均满足 GJB２２９４－１９９５的要求.

采用上述I组热处理制度对１Cr１１Ni２W２MoV钢棒材进行热处理,各炉批次钢采用的具体回火温度见表３.热处理后,按照 GB/T２２９－２００７[２]进行冲击试验.采用 ZBC２３０ＧC 型 摆 锤 式 冲 击 试 验 机 测 试１Cr１１Ni２W２MoV 钢的冲击吸收能量,冲击试验用试样为夏比 U 型缺口试样[２],如图１所示.

２ 试验结果与讨论

２．１ 试验结果

各炉批次１Cr１１Ni２W２MoV 钢采用I组热处理制度热处理后的冲击性能如表３所示,可以看出,I组１７炉批次１Cr１１Ni２W２MoV钢棒材中有１３炉批次的冲击吸收能量不合格,不合格率达到７６．５％,而合格炉批次的冲击吸收能量富裕度也并不大.为了确定热处理制度对材料冲击韧度的影响,对５炉批次的钢重新取料采用Ⅱ组热处理制度进行热处理,采用不同温度进行回火,然后测试材料的冲击性能,结果如表４所示.可以看出,原来接近冲击吸收能量合格线边缘的 １Cr１１Ni２W２MoV 钢采用Ⅱ组热处理制度热处理后,部分１Cr１１Ni２W２MoV钢的 冲 击 吸 收 能 量 提 高 了 ３~４ 倍. 对 这 些１Cr１１Ni２W２MoV 钢进行力学性能测试,结果显示材料的强度提高,而塑性降低了.可见回火温度直接影响了１Cr１１Ni２W２MoV 钢的综合性能指标[４],尤其对冲击韧度的影响最大,可以得知冲击韧度对金属材料显微组织的变化比较敏感[５].采用Ⅱ组热处理制度后,１Cr１１Ni２W２MoV 钢的冲击吸收能量均大于５５J,即选用的５炉批次的试样全部合格.选取炉批号为２X４７０(冲击吸收能量４３．０J),３X７７(冲击吸收能量５０．０J),３A１９３(冲击吸收能量７８．５J)的冲击试验后的１Cr１１Ni２W２MoV 钢试样进行金相检验,结果如图２~４所示.可以看出,３炉批次试样的显微组织均为典型的回火索氏体组织,晶粒大小基本一致,组织差别不大.

在此放 大 倍 数 下 未 观 察 到 １Cr１１Ni２W２MoV钢的显微组织与冲击韧度之间的关系,今后需要进行进一步的分析工作,可采用高倍数的场发射技术对试样断口进行组织观察,探讨组织中的强化相与冲击韧度之间的联系,找出其相应的规律.

２．２ 讨论

Ⅰ组热处理试样组织的晶粒度为７~８级,碳化物分散均匀,钢中夹杂物含量在控制范围内,均符合技术标准的要求,但冲击韧度偏低;Ⅱ组热处理试样的冲击韧度明显提高.经分析,１Cr１１Ni２W２MoV 钢要预先进行正火处理,再进行淬火及回火处理.从冲击试验结果分析,淬火温度对冲击韧度的影响并不大,而回火温度对其有显著的影响作用.从中国航空材料手册[６]有关１Cr１１Ni２W２MoV钢技术资料的报道可以看出,回火温度对１Cr１１Ni２W２MoV钢的冲击性能有决定性的影响.早在１９６５年,在１Cr１１Ni２W２MoV 钢国产化时有钢厂及科研院所进行了专项分析研究找出了回火温度对其冲击韧度的影响规律,并在１９８８年绘制了１０００~１０２０ ℃淬火＋不同温度回火对冲击韧度影响的曲线,如图５所示.

图５中的曲线１由北京航空材料研究所绘制,曲线２由新都机械厂绘制,曲线３由抚顺钢铁厂绘制.直线段表示技术标准中规定的冲击吸收能量标准下限(７１ J) 换算的冲击韧度下限(８８７．５kJ??m－２),冲击韧度在直线段以上的数据为合格,在直线段以下的为不合格.由图５可见,随着回火温度的改变,１Cr１１Ni２W２MoV 钢的冲击韧度波动较大,回火温度在４３０~５２０ ℃时,３条曲线均在标准下限直线段之下,冲击韧度不能满足标准要求;回火温度在５５０~５８０ ℃时,３条曲线均在标准下限直线段之上,冲击韧度合格;回火温度在５９０~６９０ ℃时,３条曲线均处于波谷,冲击韧度有不合格的可能,其中北京航空材料研究院绘制的曲线就在标 准下限直线段之下;若回火温度在６９０ ℃以上,３条曲线均在标准值曲线之上,冲击韧度则合格.

３ 结论及建议

(１)１Cr１１Ni２W２MoV 钢的冲击韧度与回火温度没有线性关系.其冲击韧度随着回火温度的增加呈大幅波动趋势.采用Ⅰ组回火温度６６０~７１０ ℃

进行回火处理,在此温度范围内部分钢材的冲击韧度达不到技术标准≥７１J的要求,从而出现不合格现象.

(２)在保证材料安全使用的前提下,采用Ⅱ组回火温度５４０~５９０℃进行回火处理,冲击韧度均能够达到技术标准≥５５J的要求,材料全部合格.

(３)１Cr１１Ni２W２MoV 钢冲击韧度是否合格是依据相关国家技术标准中关于冲击韧度的指标来判定的.但复验时技术协议中选择热处理制度的合理性值得商榷,需要积累更多的试验数据来进行判别和修订.