Ti含量对00Cr12Ni9Mo4Cu马氏体时效不锈钢组织和硬度的影响

摘要

1RK91(12Cr-9Ni-4Mo-2Cu(wt％))马氏体时效不锈钢的C含量低于0.01％，通过1000～1200℃固溶以及随后400～500℃时效处理，在马氏体基体中时效析出沉淀硬化相，保证在获得3000MPa的高强度下仍具有良好的塑性和优异的断裂韧性；同时它还具有优良的可加工性能和焊接性能，较好的耐腐蚀和抗过时效性等。正因为1RK91马氏体时效不锈钢具有如此优异的综合性能，国外首先被用于医用缝合针、手术刀片等外科医疗器械。Ti是该钢的主要硬化相形成元素，国外研究者们对1RK91在时效过程中的析出物做了大量的研究，但其中的Ti含量对合金组织和性能的影响尚未见系统的研究报道。本研究正是针对这个问题而展开的，期望研究结果对合金元素在材料中的合理使用，以及该钢在医疗器械方面的应用等方面具有指导价值。 本文熔炼了不同Ti含量的00Cr12Ni9M04Cu2马氏体时效不锈钢，并对固溶处理的试样进行了冷加工变形和不同的时效处理制度，通过金相观察、维氏硬度测试、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)，研究了冷加工变形和时效工艺对其组织和硬度的影响，进而确定钢的最佳热处理制度。 金相、SEM、EDS、XRD等分析表明，经过1100℃固溶处理的不同Ti含量00Cr12Ni9M04Cu2马氏体时效不锈钢的晶粒尺寸随钛含量的升高而减小，淬火后得到板条状马氏体和少量残余奥氏体组织，残奥的体积分数随钛含量的升高而增大。低钛合金在1100℃下固溶完全转变成奥氏体组织，1.5Ti合金有少量δ铁素体残留，且δ铁素体内的Cr、Mo、Ti含量均高于基体成分含量，Ni含量则远低于基体成分含量。显微硬度测试表明，经75％轧制处理后的不同Ti含量合金硬度增加△HV(72～103)，且轧制前后的硬度均随钛含量增大而增大；时效处理对00Cr12Ni9Mo4Cu马氏体时效不锈钢硬度的贡献△HV(165～300)远远大于冷加工对硬度的贡献△HV(72～103)。经450～500℃之间时效后硬度随Ti含量的升高而不断增加，此马氏体时效不锈钢每增加1％Ti，硬度值平均增加△HV为115。不同Ti含量试样都在短时间(5min)内时效硬度迅速获得提高，之后稳定一段时间，延长时效时间硬度又略有提高，在48小时取得硬度最大值。低Ti合金(0～1.0Ti)的最佳时效温度是475℃，中高Ti合金(1.0～1.5Ti)的最佳时效温度是450℃。

目录

文摘

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致谢

1绪论

1.1课题背景

1.2马氏体时效钢的性能及发展趋势

1.3马氏体时效钢的强韧化机理和组织结构

1.3.1强韧化机理

1.3.2组织结构

1.4马氏体时效不锈钢中合金元素的作用

1.4.1马氏体时效不锈钢中铬的作用

1.4.2马氏体时效不锈钢中镍的作用

1.4.3马氏体时效不锈钢中钛的作用

1.4.4马氏体时效不锈钢中钼的作用

1.4.5马氏体时效不锈钢中钴的作用

1.4.6马氏体时效不锈钢中铜的作用

1.4.7马氏体时效不锈钢中其它元素的作用

1.4.8合金元素对马氏体时效不锈钢Ms温度的影响

1.5 1RK91马氏体时效不锈钢的研究现状

1.6论文研究的的意义和内容

2实验方法

2.1试样制备与热处理

2.1.1试样制备

2.1.2试样处理

2.2试验方法

2.2.1金相观察

2.2.2硬度测试

2.2.3 X射线衍射分析

2.2.4直读光谱仪

2.2.5场发射扫描电子显微镜(FESEM)和能谱分析(EDS)

3 Ti含量对固溶试样微观组织和硬度的影响

3.1前言

3.2不同Ti含量试样的晶粒尺寸

3.3不同Ti含量试样的显微组织观察

3.4固溶处理试样的XRD表征

3.5冷加工后的硬度测试

3.6讨论

3.6.1钛含量对晶粒度的影响

3.6.2钛含量对残余奥氏体的影响

3.6.3钛含量对δ-铁素体的影响

3.6.4固溶处理和冷加工对材料硬度的影响

3.7本章小结

4时效温度和时间对材料组织和硬度的影响

4.1前言

4.2时效温度和时效时间对材料硬度的影响

4.3 Ti含量对材料硬度的影响

4.4各种处理对试样硬度的贡献比较

4.5本章小结

5结论

参考文献

作者简历