新浪博客

[转载]浅谈17-7PH的热处理工艺及其原理

2017-12-14 16:33阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1023966773

共勉

原文地址：浅谈17-7PH的热处理工艺及其原理
原文作者：航空热表技术研究工作室

17-7PH是在18-8型奥氏体不锈钢的基础上添加Al而得到的半奥氏体沉淀硬化不锈钢，属于高强度不锈钢系列。17-7PH不仅在固溶状态具有很好的机加工性能，而且在马氏体转变和时效之后具有较高的强度和良好的抗腐蚀性能，因此广泛的用于航空制造领域。但该钢的热处理工艺十分复杂，给生产带来了很大的困难。本文主要介绍了该钢的热处理工艺及其原理，以期对该钢的热处理生产有所帮助。

1 主要化学成分
该钢的主要化学成分如表1所示。

表1 化学成分
Table 1 Composition
元素
 碳
 锰
 硅
 磷
硫
 铬
 镍
 铝
(%)
 ≤0.09
 ≤1.00
 ≤1.00
 ≤0.040
 ≤0.030
 16.00-18.00
 6.50-7.75
 0.75-1.50

2 热处理工艺
17-7PH是半奥氏体沉淀硬化不锈钢，由于其Ms 点太低，固溶处理后冷却不能直接转变为马氏体，所以还需要中间处理（调整奥氏体，提高Ms，或进行冷加工使之转变为马氏体），然后再进行时效处理。根据中间处理的工艺不同，把17-7PH的热处理工艺分为3大类，即TH处理、RH处理、CH处理。热处理工艺示意图如图1所示[4]。通常，为了方便把时效处理温度写在TH、RH或CH之后(美国用华氏温度值表示，国内用摄氏温度值表示)，便构成了17-7PH热处理工艺的表示方法。如TH950表示在经过固溶处理后再在1400℉(760℃)调整处理后1h内冷至60℉(16℃)以下至少保温30min，最后在950℉(510℃)时效处理。RH950表示在经过固溶处理后再在1750℉(954℃)调整处理后1h 内冷至-90℉(-68℃)以下保温8-9h，最后在950℉(510℃)时效处理。CH900表示在经过固溶处理后再冷变形60%以上，最后在900℉(482℃)时效处理。经过标准热处理后的硬度如表2所示。

表2 17-7PH经过标准热处理后的硬度
Table2 Hardness after 17-7PH been heattreatment
工艺(1)
 TH
950
 TH
1000
 TH
1050
 TH
1075
 TH
1100
 RH
950
 RH
1000
 RH
1050
 RH
1075
 RH
1100
 CH
900
硬度HRC
 42-48
 40-46
 38-44
 37-42
 34-39
 42-49
 41-46
 40-45
 38-43
 34-40
 46min
注：(1)工艺中的温度是用华氏温度值表示的。

注：(1) a.最小保温时间：棒材a=b=30min/25mm；片材带材a=3min+1min/0.25mm,b=10min+1min/0.25mm
b.在任何情况下，零件都必须保温足够时间以保证零件心部达到规定温度并完成扩散和转变。
图1 17-7PH的热处理工艺示意图
Fig.1 Heat treatment of 17-7PH

3 热处理工艺原理及其表示方法
3.1 固溶处理(A处理)
固溶处理温度一般是1925℉(1052℃)，加热保温后空冷(或采用更快的冷却速度）。室温组织主要为奥氏体，塑性较高便于成形，故常常采用固溶状态来加工成形[5]。一般固溶处理含5～20%α相,如果在固溶处理时过热，则δ铁素体的含量就会增多，碳越低δ铁素体量就越多。一旦过热了，即使进行标准的固溶处理，α相也会比标准规定的量多。对已经过热的零件，为了减少α相，可考虑低温退火，再进行固溶处理，但有时也有碳化物析出，α相反而增多。所以进行固溶处理时，绝对不允许过热。另外，如固溶温度过低，则Ms点要上升，这样冷却时就会产生一部分马氏体，难于进一步成形加工。即使对其再次进行冷处理，硬度也不能提高到标准值[6]。
3.2 调整处理
调整处理一般认为是通过奥氏体析出碳化物，将马氏体点(Ms)升高到室温以上，完成马氏体转变。如何选择调整温度呢？如需要较高的强度时，则采用较高的调整温度(954℃)。这样既保证Ms 点在室温以上，又能保证马氏体含有较多的碳和其他合金元素，从而使钢具有较高的强度。但954℃调整处理后Ms 点仅稍高于室温，因此必须进行冷处理(-68℃以下)方能完成马氏体转换。另外在954℃奥氏体化处理之后，必须在1h内进行冷处理，如在室温下长期放置，γ相就变得十分稳定了，以致冷处理后得不到好的效果。这就是R处理的工艺原理。如对钢的强度要求不高时，可采用较低的调整温度(760℃)以析出较多的碳化物，这时Ms点在70℃左右，因此调整处理后不需要冷处理了，只需冷至16℃以下保温一定时间就可以完成马氏体转变。这就是T处理的工艺原理。但由于T处理的调整温度比R处理的温度低，析出的碳化物较多，马氏体所含的碳和其他合金元素较少，因此时效后其硬度比R处理的低。
3.3 冷变形（C处理）
17-7PH在进行固溶处理之后，直接进行大变形量的冷加工就能产生马氏体转变。为了在时效后得到较高的强度，一般需要50%以上的变形量。通常来说，这种处理在时效后得到的强度最高，主要用于弹簧制品。
3.4 时效处理（H处理）
时效处理是一个强化的过程，其强化原因是由于溶解于马氏体中的过饱和化合物，在时效时析出，因而引起强化。析出物是Ni-Al金属间化合物。这种处理要根据所要求的强度、韧性、延伸率来选择适当的温度，通常在510℃～590℃之间进行（其中冷变形后的时效温度通常选480℃）。由于这种处理温度稍有变动就会引起机械性能的显著变化，因此需要严格的控制温度，一般要保持在±6℃以内。

4 结论
(1)根据中间处理的方法不同，可以把17-7PH的热处理工艺分为三大类，即TH、RH和CH。
(2)17-7PH三种热处理工艺采取不同的中间处理方法的目的都是为了完成马氏体转变。其中RH是通过提高Ms 点至室温左右，然后进行冷处理(通常是-68℃以下)完成马氏体转变。TH是通过提高Ms 点至70℃左右，然后冷至室温以下(通常是16℃以下)完成马氏体转变。CH是通过冷变形而完成马氏体转变。
(3)一般来说CH处理后的强度最高，RH处理后的强度次之，TH处理后的强度最低。

我的更多文章

下载客户端阅读体验更佳

APP专享