前已述及Cr13鋼鑄件,尤其是形狀復雜的鑄件,如葉輪、導翼等,會由于組織中含有較多的δ鐵素體,不僅影響機械性能,降低韌性,而且,自高溫冷卻過程中產生的脆化會導致產生裂紋(有時稱鐵索體裂紋)。因此,δ鐵素體的存在成為Cr13鑄鋼的特殊問題。如果δ鐵素體呈細粒狀、彌散分布時情況稍好些,而以較大塊狀存在或沿品界析出時,則會造成重大危害,且,δ鐵素體一旦形成,由于鉻的擴散速度慢,在熱處理加熱保溫過程中也不易消除。為減少Cr13型不銹鑄鋼中的8鐵素體,雖然用碳、氮、錳、鈷元素可以改善,但有的作用不明顯,有的會有其他的不利作用。因此,以加入0.5%~1.5%鎳元素來詞整組織成為有效的方法。鎳是擴大γ相區(qū)的元素,具有穩(wěn)定組織的作用,鎳的加入還改變了相變點,見圖4-33,并使奧氏轉變曲線右移,見圖4-34。
鎳的這種作用為材料的熱處理帶來好處,在比較緩慢的冷條件下能獲得馬氏體組織,并提高鋼的淬透性,使該材料熱處理具有新的特點。鎳元素的加入還明顯改善了材料的焊接性能。
ZG1Cr13Ni及國外一些相似材料的成分和性能標準參見表 4-11 和 表 4-12。
1. 退火
由于鎳元素的存在,已經使ZG1Cr13Ni 的奧氏體轉變曲線比ZG1Cr13的曲線右移,增加了奧氏體的穩(wěn)定性,如果采用較高的退火溫度,會進一步增加碳、鉻、鎳向奧氏體的溶解量,促進奧氏體更穩(wěn)定,在退火冷卻過程中,穩(wěn)定的奧氏體不易發(fā)生珠光體轉變,而轉變成貝氏體或部分馬氏體,使退火后的硬度升高。我們曾經將其與ZG1Cr13用850~900℃同時加熱退火,結果ZG1Cr13Ni的退火硬度達到260~280HBS.所以,這種鋼的退火溫度應降低至750~800℃,保溫后爐冷至550℃以下出爐,退火后硬度應低于220HBS。
2. 淬火
ZG1Cr13Ni的常用淬火加熱溫度為1000~1050℃,與不含鎳的ZG1Cr13相比,淬火溫度有所提高,這是為了使碳和合金元素較充分地溶解,且不必擔心較高溫度加熱會引起8鐵素體形成和晶粒長大等問題。淬火后可獲較高的硬度,達430HB以上。
淬火后的冷卻可以采用空冷。如果采用油冷,可提高沖擊韌性值。
3. 回火
ZG1Cr13Ni主要用來制作有一定耐腐蝕和綜合機械性能要求的構件。所以,一般在淬火后,采用高溫回火,回火溫度根據(jù)對材料強韌比的不同要求,可用650~760℃加熱,保溫后空氣冷卻。
淬火并高溫回火組織為具有馬氏體形態(tài)的索氏體,可能有少量δ鐵素體。
相似鋼種(J1S-SCS1)的回火溫度與機械性能關系見圖4-35。
4. ZG1Cr13Ni熱處理應注意的問題
ZG1Cr13Ni常用于制造有耐腐蝕性、耐沖刷性和一定綜合性能要求的鑄件,所以,熱處理對材料發(fā)揮這些作用有重要的意義。
a. 合理控制鎳含量是保證熱處理效果的基本條件
前已述及,鎳元素的添加對這種鋼有重要的作用,所以,在實際生產中,對鎳含量的控制是重要的,特別是有些標準中把鎳含量標示為不大于1.00,容易使人們對鎳的含量產生誤解。其實,在生產實踐中,對鎳有一個最佳的控制范圍,一般為0.5%~0.8%.鎳含量太低,作用不明顯,特別是當碳量為下限、鉻量為上限時,組織中的δ鐵素體量難以保持在理想范圍,將引起鑄造裂紋或熱處理裂紋和韌性指標偏低。
鎳量太高,淬火時的殘留奧氏體多,在以后的回火冷卻過程中,會有新的馬氏體生成,從而使零件硬度升高,脆性增加。如果遇到這種情況,可以再進行一次回火,回火溫度可按第一次回火溫度或略低于第一次回火溫度。使第一次回火產生的馬氏體進行回火轉變,可有較好的效果。
b. 淬火、回火后硬度高的可能原因和挽救措施
在正?;鼗鸬那闆r下,檢查硬度高于標準規(guī)定硬度,當檢測機械性能時,常常是塑性、韌性不足,強度偏高,產生這種現(xiàn)象的原因除了前面說的鎳元素含量偏高外,淬火溫度偏高也會引起回火后硬度升高,這是因為淬火溫度高,使碳和合金元素過量固溶于奧氏體中,增加了奧氏體穩(wěn)定性,淬火后有較多殘留奧氏體,這部分殘留奧氏體在回火過程中發(fā)生馬氏體轉變,使回火組織中產生了淬火馬氏體,致使硬度、強度增高,塑韌性下降。
這種硬度偏高的問題,可以在原工藝回火溫度或略低于原回火溫度的溫度范圍再一次回火。應注意,不能隨意用提高回火溫度的方法來降低硬度,因為鋼的回火溫度已經接近Ac1溫度,提高回火溫度就有可能高于Ac1轉變點,冷卻后組織會變化,不屬正常調質組織,同樣不能滿足要求的性能指標。