粉末冶金工业第14卷 第4期Vol.14No.4
POWDERMETALLURGYINDUSTRY2004年8月Aug.2004
烧结马氏体不锈钢的热处理
张殿武,蔡一湘,张立华
(广州有色金属研究院,广州五山510651)
摘 要:本文对烧结410马氏体不锈钢的淬、回火行为进行了研究,分析了热处理工艺参数对
该种烧结马氏体不锈钢硬度的影响,为优化烧结410马氏体不锈钢的热处理工艺提供了技术参考。
关键词:烧结不锈钢;马氏体钢;淬火;硬度中图分类号:TF12415+3 文献标识码:A文章编号:1006-6543(2004)04-0014-04
HEATTREATMENTOFSINTEREDMARTENSITICSTAINLESSZHANGDian2wu CAIYi2 2(GuangzhouResearchInstituteof,)
Abstract:Thesintered410martensiticstainlesssteelwereonhardnessofsinteredmartensiticstainlesssteelwereTheresultobtainedishelpfultoengineerstooptimizetheheattreatmentprocessformartensiticstainlesssteel1
Keywords:martensiticsteel;sinteredstainlesssteel;quenching;hardness
马氏体不锈钢作为一种高合金含量的特殊钢
种,已成为工程和日常生活中必不可少的材料。在
γ)区扩大,使其像碳钢一样含铬钢中加碳使奥氏体(
通过热处理使奥氏体转变为马氏体,获得强化不锈钢,不仅具有良好的耐蚀性,而且具有很好的耐磨性[1]。由于不锈钢难于切削加工,复杂形状不锈钢零件多采用精密铸造工艺制造,其应用受到一定限制。随着粉末冶金技术的发展,采用模压和烧结方法制造不锈钢零件已得到工业规模应用。由于烧结不锈钢零件的相对致密性,内部存在的孔隙使其传热速率远比致密不锈钢低,因而烧结不锈钢的淬透性相对较差,其热处理工艺具有一定的特殊性。本文试图通过热处理工艺试验,研究粉末烧结马氏体不锈钢热处理工艺与性能关系,为优化烧结410马氏体不锈钢热处理工艺提供参考。
1 试验条件
烧结试验用原料采用水雾化法制造的预合金化410L不锈钢粉,其化学成分和粉体特性列于表1、表2。
表1 410L粉末的主要化学成分
合金元素
成分/%
Cr13101
Mn0120
Si0186
C01055
O
Fe
其余
粉末中添加1%～2%硬脂酸锌作为润滑、成形剂,添加的石墨粉为鳞片状石墨、纯度>98%。经过混料、压制、真空烧结制成热处理试样,试样为环状、尺寸Φ外40×Φ内20×H高10mm,其密度控制在6175～6185g/cm3。试样的化学成分列于表3。
收稿日期:2004-03-17
作者简介:张殿武(1967-),男(汉),河南洛阳人,工程师,硕士,从事粉末冶金材料技术开发。
第4期 张殿武等:烧结马氏体不锈钢的热处理
・15・
表2 410L粉末的粉体性能
项目性能
松装密度
-3
2176
流动性
3612
-1
>154μm015
粒度组成/%
154～70μm70～45μm
2413
2912
表3 热处理试样的化学成分
合金元素成分/%
Cu12197
Mn0120
Si0186
C015
O
Fe
其余
热处理试验所用设备有RX23箱式电阻炉、
TYPIU250型高压气淬真空电阻炉。试样显微金相,密度和硬度分别采用OMNIMENT23图象分析仪、TG328光学读数分析天平、HDI21875型布洛维硬度计进行观察和测试。
图1
淬火工艺曲线
2 试验结果与分析
211 淬火
410L1Cr13,1Cr13的淬火温度为1000℃[2于410L,但剩余的
,这将使采用410L粉压制烧结后形成的烧结410马氏体不锈钢在热处理方面具有一些特点。就淬火方式而言,1Cr13常见的淬火方式有水淬和油淬两种,对于具有复杂形状截面的零件或应用于食品机械等特殊行业的不锈钢粉末冶金零件而言,上述两种淬火方式均易引起零件的表面污染,且较大的淬火变形难于满足零件的高精度尺寸要求。目前,真空气冷淬火已成为一种新的高合金钢热处理技术,其特点是淬火后零件变形小、外观洁净无污染。虽对于大截面尺寸零件气冷能力略有不足,但对于薄壁复杂的小型零件已显示出明显优势。目前,国际上5×105～6×105Pa单室真空高压气冷炉已被普遍使用[3]。
试样的淬火工艺如图1所示。其中水温20℃,淬火油为20号机油,气淬气源为991999%高纯N2,气淬压力为0155MPa。淬火后对试样进行硬度(HRC)测试。为消除淬火后脱碳的影响,硬度测试之前对试样的测试面进行磨削处理,磨削去除深度为1mm,硬度测试面为试样环的中间圆平面,每个试样沿中间圆三等分处各测试一点,取平均值。
图2示出在水、油和气三种淬火介质下,试样的淬火温度与硬度(HRC)平均值之间的关系
。
图2 淬火温度与淬火后硬度的关系
(试样密度618g/cm3)
由图2可知,在上述三种淬火方式下,较高的
淬火硬度,是在约960～1000℃加热温度区间淬火后获得的。可以获得的最高淬火后硬度平均值达到43(HRC),这与有关的文献报道相一致[4]。图3示不同冷却方式对淬火硬度的影响
。
图3 不同冷却方式对淬火硬度的影响
(淬火温度:1000℃;试样密度:618g/cm3)
从图3可以看出,随着淬火冷却速度的降低,
淬火后获得的硬度平均值依次下降;针对气淬来讲,0155MPa气淬条件下,获得的淬火硬度平均值,已基本上接近油淬和水淬的水平;其他气淬影响因素和材料因素,如密度等不变的情况下,气淬压力是影响气淬过程的重要因素之一,增加气淬压力可以有效提高淬火硬度。在本试验中,气淬压力由0115MPa上升到0155MPa时,淬火硬度提高了150%。图4和图5分别示出在上述淬火条件下淬火时的试
粉末冶金工业 第14卷・16・
样金相组织
:
图7 回火温度与回火硬度之间的关系
(试样密度618g/cm3)
图4 1000℃、0155MPa
气淬
性能;同时低温回火得到的回火马氏体组织由于基
体中仍保留大量的Cr,因此可以使材料在保持较高硬度的同时具有较高的耐蚀性。当回火温度提高到大约400℃左右时,回火硬度出现略微上升趋势,这可能是由于在该回火温度下析出了Cr的碳化物[5]造成。,由于马氏体的迅,1气淬
。图8示出烧结密度与淬火硬度之间的关系(970℃、0155MPa气淬)。
图40155
MPa气淬下试样可以获得淬火马氏体组织。图5显示主要为珠光体类组织。表明0115MPa的气淬冷却速度条件不能满足试样的淬硬性。212 回火
回火温度视硬度要求而定。低温回火可以消除淬火过程中形成的内应力,高温回火可获得优良的综合机械性能,但马氏体不锈钢有回火脆性倾向,应考虑回火后的冷却速度。对970℃和1000℃油淬后的试样进行一次回火,回火工艺如图6所示。
图8 烧结密度对烧结后热处理的影响
烧结密度直接影响材料的淬透性,随着烧结密度的增加,材料的导热性增加,淬火后材料的表面硬度就增加[6]。图8证实了这一点,同时从图8也可以看出烧结密度对淬火硬度十分敏感,4%的烧结密度提高值可以使淬火硬度提高11%。因此,在保证压制条件的前提下,尽量提高热处理前材料的烧结密度,可以有效提高材料的淬火硬度;同时热处理前保证材料烧结密度的均匀性,可以有效保证淬火
图6 回火工艺曲线硬度的均匀性,这对于材料的批量生产质量保证有很大益处。
图7为上述回火温度与回火硬度之间的关系。其中回火后试样处理和硬度测试规范与淬火相同。
由图7显示
,在300℃以前的较低温度回火过程中,随着回火温度的提高,回火硬度下降幅度不大,表明该材料在这一温度区间具有较好的抗回火
3 结论
(1)试验条件下烧结410不锈钢的淬火温度区
第4期 张殿武等:烧结马氏体不锈钢的热处理
・17・
间为960～1000℃,在此区间淬火后的最高硬度平均值达到43(HRC)。
(2)在0155MPa气淬条件下获得淬火马氏体组织,获得的淬火硬度平均值已接近油淬和水淬的水平。气淬压力是影响气淬过程的重要因素之一,气淬压力由0115MPa上升到0155MPa时,淬火硬度提高了150%。
(3)在300℃以前的较低温度回火过程中,随着回火温度的提高,回火硬度下降幅度不大,表明该材料在这一温度区间具有较好的抗回火性能;当回火温度提高到大约400℃左右时,回火硬度出现略微上升趋势;随着回火温度的继续升高,回火硬度有大幅度的下降。
(4)烧结密度对淬火硬度有较大的影响。随着烧结密度的增加,淬火后材料的表面硬度增加,其中
4%的烧结密度提高值可以使淬火硬度提高11%,
反应出烧结密度对淬火硬度十分敏感。参考文献
[1]郭庚辰1液相烧结粉末冶金材料[M]1北京:化学工业[2][3][4]
[5][6]
出版社,20031
夏国华,杨树蓉1现代热处理实用技术[M]1北京:国防工业出版社,19991
张建国1真空气冷淬火技术的发展[J]1金属热处理,1996,21(12):18-191
HansWohlfromm,Martinblomacher,DieterWeinand1粉末注射成形不锈钢制取工艺、性能、应用[J]1粉末冶金工业,2002,12(4):7-101
崔忠圻1金属学与热处理[M]1北京:机械工业出版社,19951
丁厚福,李吉泉,郑治祥1[J]1国外金属热处理,2003,24(:39-401
・方针政策・
中图分类号:D601 文献标识码:D
(国发[2003]24号)精神,从2004年1月1日起,取消根据《国务院关于改革现行出口退税机制的决定》
或降低部分货物的出口退税率后,生产企业(包括外商投资企业,下同)出口上述货物应负担相应的不予退税的税款。为了认真贯彻落实国务院的决定,确保出口退税机制改革达到预期目标,公平税负,严格执行生产企业出口不退税和调低退税率货物的有关税收规定,现就有关问题通知如下:
一、各级财税部门要提高认识,加强宣传,采取切实可行的措施认真贯彻国务院的决定,强化管理,严格执法。国务院取消或降低部分货物出口退税率后,不退税部分的税负(征税率与退税率之差),按税法规定,理所当然应由企业负担。否则,将会影响改革出口退税机制预期目标的实现,也有悖于税收的公平原则。
二、各级国家税务局要严格执行现行的生产企业出口退税政策。对出口不予退税的货物,须视同内销征收增值税、消费税。对出口调低退税率的货物,须要求生产企业按规定及时将“免抵退税不得免征和抵扣税额”从增值税进项税金中转入成本。凡进项税额小于“免抵退税不得免征和抵扣税额”的,须严格按规定及时申报缴纳增值税。
三、要强化责任,严肃纪律。各级国家税务局在执行现行生产企业出口退税政策的过程中,若发现特殊情况,应及时上报。若擅自改变政策,导致应当转入成本的“免抵退税不得免征和抵扣税额”没有转入,应当申报纳税而没有要求生产企业纳税的,一经发现核实,国家税务总局将依照有关规定追究相关负责人和直接责任人的责任。信息摘自财政部国家税务总局网站http://www1chinatax1gov1cn/view1jsp?code=
(路讯)[***********]2004-3-3/2004-3-12
粉末冶金工业第14卷 第4期Vol.14No.4
POWDERMETALLURGYINDUSTRY2004年8月Aug.2004
烧结马氏体不锈钢的热处理
张殿武,蔡一湘,张立华
(广州有色金属研究院,广州五山510651)
摘 要:本文对烧结410马氏体不锈钢的淬、回火行为进行了研究,分析了热处理工艺参数对
该种烧结马氏体不锈钢硬度的影响,为优化烧结410马氏体不锈钢的热处理工艺提供了技术参考。
关键词:烧结不锈钢;马氏体钢;淬火;硬度中图分类号:TF12415+3 文献标识码:A文章编号:1006-6543(2004)04-0014-04
HEATTREATMENTOFSINTEREDMARTENSITICSTAINLESSZHANGDian2wu CAIYi2 2(GuangzhouResearchInstituteof,)
Abstract:Thesintered410martensiticstainlesssteelwereonhardnessofsinteredmartensiticstainlesssteelwereTheresultobtainedishelpfultoengineerstooptimizetheheattreatmentprocessformartensiticstainlesssteel1
Keywords:martensiticsteel;sinteredstainlesssteel;quenching;hardness
马氏体不锈钢作为一种高合金含量的特殊钢
种,已成为工程和日常生活中必不可少的材料。在
γ)区扩大,使其像碳钢一样含铬钢中加碳使奥氏体(
通过热处理使奥氏体转变为马氏体,获得强化不锈钢,不仅具有良好的耐蚀性,而且具有很好的耐磨性[1]。由于不锈钢难于切削加工,复杂形状不锈钢零件多采用精密铸造工艺制造,其应用受到一定限制。随着粉末冶金技术的发展,采用模压和烧结方法制造不锈钢零件已得到工业规模应用。由于烧结不锈钢零件的相对致密性,内部存在的孔隙使其传热速率远比致密不锈钢低,因而烧结不锈钢的淬透性相对较差,其热处理工艺具有一定的特殊性。本文试图通过热处理工艺试验,研究粉末烧结马氏体不锈钢热处理工艺与性能关系,为优化烧结410马氏体不锈钢热处理工艺提供参考。
1 试验条件
烧结试验用原料采用水雾化法制造的预合金化410L不锈钢粉,其化学成分和粉体特性列于表1、表2。
表1 410L粉末的主要化学成分
合金元素
成分/%
Cr13101
Mn0120
Si0186
C01055
O
Fe
其余
粉末中添加1%～2%硬脂酸锌作为润滑、成形剂,添加的石墨粉为鳞片状石墨、纯度>98%。经过混料、压制、真空烧结制成热处理试样,试样为环状、尺寸Φ外40×Φ内20×H高10mm,其密度控制在6175～6185g/cm3。试样的化学成分列于表3。
收稿日期:2004-03-17
作者简介:张殿武(1967-),男(汉),河南洛阳人,工程师,硕士,从事粉末冶金材料技术开发。
第4期 张殿武等:烧结马氏体不锈钢的热处理
・15・
表2 410L粉末的粉体性能
项目性能
松装密度
-3
2176
流动性
3612
-1
>154μm015
粒度组成/%
154～70μm70～45μm
2413
2912
表3 热处理试样的化学成分
合金元素成分/%
Cu12197
Mn0120
Si0186
C015
O
Fe
其余
热处理试验所用设备有RX23箱式电阻炉、
TYPIU250型高压气淬真空电阻炉。试样显微金相,密度和硬度分别采用OMNIMENT23图象分析仪、TG328光学读数分析天平、HDI21875型布洛维硬度计进行观察和测试。
图1
淬火工艺曲线
2 试验结果与分析
211 淬火
410L1Cr13,1Cr13的淬火温度为1000℃[2于410L,但剩余的
,这将使采用410L粉压制烧结后形成的烧结410马氏体不锈钢在热处理方面具有一些特点。就淬火方式而言,1Cr13常见的淬火方式有水淬和油淬两种,对于具有复杂形状截面的零件或应用于食品机械等特殊行业的不锈钢粉末冶金零件而言,上述两种淬火方式均易引起零件的表面污染,且较大的淬火变形难于满足零件的高精度尺寸要求。目前,真空气冷淬火已成为一种新的高合金钢热处理技术,其特点是淬火后零件变形小、外观洁净无污染。虽对于大截面尺寸零件气冷能力略有不足,但对于薄壁复杂的小型零件已显示出明显优势。目前,国际上5×105～6×105Pa单室真空高压气冷炉已被普遍使用[3]。
试样的淬火工艺如图1所示。其中水温20℃,淬火油为20号机油,气淬气源为991999%高纯N2,气淬压力为0155MPa。淬火后对试样进行硬度(HRC)测试。为消除淬火后脱碳的影响,硬度测试之前对试样的测试面进行磨削处理,磨削去除深度为1mm,硬度测试面为试样环的中间圆平面,每个试样沿中间圆三等分处各测试一点,取平均值。
图2示出在水、油和气三种淬火介质下,试样的淬火温度与硬度(HRC)平均值之间的关系
。
图2 淬火温度与淬火后硬度的关系
(试样密度618g/cm3)
由图2可知,在上述三种淬火方式下,较高的
淬火硬度,是在约960～1000℃加热温度区间淬火后获得的。可以获得的最高淬火后硬度平均值达到43(HRC),这与有关的文献报道相一致[4]。图3示不同冷却方式对淬火硬度的影响
。
图3 不同冷却方式对淬火硬度的影响
(淬火温度:1000℃;试样密度:618g/cm3)
从图3可以看出,随着淬火冷却速度的降低,
淬火后获得的硬度平均值依次下降;针对气淬来讲,0155MPa气淬条件下,获得的淬火硬度平均值,已基本上接近油淬和水淬的水平;其他气淬影响因素和材料因素,如密度等不变的情况下,气淬压力是影响气淬过程的重要因素之一,增加气淬压力可以有效提高淬火硬度。在本试验中,气淬压力由0115MPa上升到0155MPa时,淬火硬度提高了150%。图4和图5分别示出在上述淬火条件下淬火时的试
粉末冶金工业 第14卷・16・
样金相组织
:
图7 回火温度与回火硬度之间的关系
(试样密度618g/cm3)
图4 1000℃、0155MPa
气淬
性能;同时低温回火得到的回火马氏体组织由于基
体中仍保留大量的Cr,因此可以使材料在保持较高硬度的同时具有较高的耐蚀性。当回火温度提高到大约400℃左右时,回火硬度出现略微上升趋势,这可能是由于在该回火温度下析出了Cr的碳化物[5]造成。,由于马氏体的迅,1气淬
。图8示出烧结密度与淬火硬度之间的关系(970℃、0155MPa气淬)。
图40155
MPa气淬下试样可以获得淬火马氏体组织。图5显示主要为珠光体类组织。表明0115MPa的气淬冷却速度条件不能满足试样的淬硬性。212 回火
回火温度视硬度要求而定。低温回火可以消除淬火过程中形成的内应力,高温回火可获得优良的综合机械性能,但马氏体不锈钢有回火脆性倾向,应考虑回火后的冷却速度。对970℃和1000℃油淬后的试样进行一次回火,回火工艺如图6所示。
图8 烧结密度对烧结后热处理的影响
烧结密度直接影响材料的淬透性,随着烧结密度的增加,材料的导热性增加,淬火后材料的表面硬度就增加[6]。图8证实了这一点,同时从图8也可以看出烧结密度对淬火硬度十分敏感,4%的烧结密度提高值可以使淬火硬度提高11%。因此,在保证压制条件的前提下,尽量提高热处理前材料的烧结密度,可以有效提高材料的淬火硬度;同时热处理前保证材料烧结密度的均匀性,可以有效保证淬火
图6 回火工艺曲线硬度的均匀性,这对于材料的批量生产质量保证有很大益处。
图7为上述回火温度与回火硬度之间的关系。其中回火后试样处理和硬度测试规范与淬火相同。
由图7显示
,在300℃以前的较低温度回火过程中,随着回火温度的提高,回火硬度下降幅度不大,表明该材料在这一温度区间具有较好的抗回火
3 结论
(1)试验条件下烧结410不锈钢的淬火温度区
第4期 张殿武等:烧结马氏体不锈钢的热处理
・17・
间为960～1000℃,在此区间淬火后的最高硬度平均值达到43(HRC)。
(2)在0155MPa气淬条件下获得淬火马氏体组织,获得的淬火硬度平均值已接近油淬和水淬的水平。气淬压力是影响气淬过程的重要因素之一,气淬压力由0115MPa上升到0155MPa时,淬火硬度提高了150%。
(3)在300℃以前的较低温度回火过程中,随着回火温度的提高,回火硬度下降幅度不大,表明该材料在这一温度区间具有较好的抗回火性能;当回火温度提高到大约400℃左右时,回火硬度出现略微上升趋势;随着回火温度的继续升高,回火硬度有大幅度的下降。
(4)烧结密度对淬火硬度有较大的影响。随着烧结密度的增加,淬火后材料的表面硬度增加,其中
4%的烧结密度提高值可以使淬火硬度提高11%,
反应出烧结密度对淬火硬度十分敏感。参考文献
[1]郭庚辰1液相烧结粉末冶金材料[M]1北京:化学工业[2][3][4]
[5][6]
出版社,20031
夏国华,杨树蓉1现代热处理实用技术[M]1北京:国防工业出版社,19991
张建国1真空气冷淬火技术的发展[J]1金属热处理,1996,21(12):18-191
HansWohlfromm,Martinblomacher,DieterWeinand1粉末注射成形不锈钢制取工艺、性能、应用[J]1粉末冶金工业,2002,12(4):7-101
崔忠圻1金属学与热处理[M]1北京:机械工业出版社,19951
丁厚福,李吉泉,郑治祥1[J]1国外金属热处理,2003,24(:39-401
・方针政策・
中图分类号:D601 文献标识码:D
(国发[2003]24号)精神,从2004年1月1日起,取消根据《国务院关于改革现行出口退税机制的决定》
或降低部分货物的出口退税率后,生产企业(包括外商投资企业,下同)出口上述货物应负担相应的不予退税的税款。为了认真贯彻落实国务院的决定,确保出口退税机制改革达到预期目标,公平税负,严格执行生产企业出口不退税和调低退税率货物的有关税收规定,现就有关问题通知如下:
一、各级财税部门要提高认识,加强宣传,采取切实可行的措施认真贯彻国务院的决定,强化管理,严格执法。国务院取消或降低部分货物出口退税率后,不退税部分的税负(征税率与退税率之差),按税法规定,理所当然应由企业负担。否则,将会影响改革出口退税机制预期目标的实现,也有悖于税收的公平原则。
二、各级国家税务局要严格执行现行的生产企业出口退税政策。对出口不予退税的货物,须视同内销征收增值税、消费税。对出口调低退税率的货物,须要求生产企业按规定及时将“免抵退税不得免征和抵扣税额”从增值税进项税金中转入成本。凡进项税额小于“免抵退税不得免征和抵扣税额”的,须严格按规定及时申报缴纳增值税。
三、要强化责任,严肃纪律。各级国家税务局在执行现行生产企业出口退税政策的过程中,若发现特殊情况,应及时上报。若擅自改变政策,导致应当转入成本的“免抵退税不得免征和抵扣税额”没有转入,应当申报纳税而没有要求生产企业纳税的,一经发现核实,国家税务总局将依照有关规定追究相关负责人和直接责任人的责任。信息摘自财政部国家税务总局网站http://www1chinatax1gov1cn/view1jsp?code=
(路讯)[***********]2004-3-3/2004-3-12