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合金工具鋼
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1Cr11Ni2W2MoV(1Cr11Ni2W2MoV)【至聯置頂】
發布時間:2016年03月17日 | 類別:合金工具鋼 | 點擊次數:1152 次

Cr11Ni2W2MoV 編輯詞條

1Cr11Ni2W2MoV具有良好的綜合力學性能,在航空工業中已廣泛用于制造600℃以下工作的發動機葉片、盤、軸等重要零部件。

基本信息

  • 中文名稱

    1Cr11Ni2W2MoV

  • 屬    性

    鋼鐵

 
  • 應用領域

    航空工業

  • 技術規定

    HB5024-89

折疊編輯本段力學性能

來源:模具網 編輯:tjsdggc

折疊編輯本段摘要

探討了航空1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片熱加工工藝與力學性能的關系。工藝試驗結果表明,該鋼的力學性能主要與鍛造變形程度、尺寸效應、回火脆性和δ-F組織等因素有關。 關鍵詞:航空發動機葉片;力學性能;鍛造;熱處理 一、前言 1Cr11Ni2W2MoV鋼是在低碳的12%Cr鋼中加入大量的W、Mo、V等縮小奧氏體相區的鐵素體形成元素,使得鋼具有馬氏體相變硬化能力,所得到的一種新型馬氏體耐熱不銹鋼。該鋼具有良好的綜合力學性能,在航空工業中已廣泛用于制造600℃以下工作的發動機葉片、盤、軸等重要零部件。 本文主要探討了航空1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片熱加工工藝(鍛造及熱處理)與力學性能的關系。 二、原材料和工藝設備 航空1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片是重要的二級鍛件。鍛件用原材料電渣鋼熱軋棒必須符合YB675-7《航空用不銹鋼及耐熱鋼鋼棒》和HB5270-83《航空發動機轉動件用高級優質不銹鋼棒》等技術標準及有關所頒技術條件的規定;原材料經復檢合格,拔皮去除表面缺陷后,方可投入使用。復檢后的化學成份見表1,葉片的最終力學性能應達到表2的規定[1]。

表1 1Cr11Ni2W2MoV鋼化學成分(wt%)

元素

C

Si

Mn

Cr

Ni

W

Mo

V

S

P

含量

0.10~0.16

≤0.60

≤0.60

10.5~12.0

1.40~1.80

1.50~2.00

0.35~0.50

0.18~0.30

≤0.020

≤0.030

復檢

0.13

0.22

0.51

11.60

1.78

1.85

0.47

0.23

/

/

表2 1Cr11Ni2W2MoV鋼最終力學性能要求

熱處理制度

力學性能≥

淬火

回火

σb(MPa)

σ0.2(MPa)

δ5(%)

ψ(%)

HRC

ak(KJ/m2)

1000~1020℃

油或空淬

660~690℃空冷

885

735

15

55

28.0~35.0

885


540~600℃空冷

1080

885

12

50

33.5~41.5

685


所頒QT31-WY90-13

1080

930

12

50

40.5~33.5

685

1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片的熱加工工藝試驗加熱設備均采用RJX-45-9、RJX-75-13工業電爐。原材料裝爐前應徹底清除電爐內異物,杜絕混料,按工藝要求校驗控溫儀表;為提高爐溫均勻性,可采用爐門石棉隔熱柵,有效率≥87%。 三、工藝試驗 航空1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片熱加工工藝規范的擬定,應嚴格按照HB5024-89《航空用鋼鍛件》中的技術規定執行,最終達到表2要求的力學性能。 1.鍛造工藝 1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片鍛造工藝試驗方案如表3所示。

表3 1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片鍛造工藝試驗

葉片號

鍛件尺寸

原材料尺寸

變形程度

(鍛造比)

鍛造工藝號

0T21-1

24×52×138

φ50×100

1.57

F1

0T21-2


φ75×130

3.54

F2

0T22-1

26×75×175

φ95×160

1.96/1.84

F3

0T22-2


φ110×120

2.63/1.84

0T23

24×52×115

φ65×140

2.65

F2

0T63

22×38×175

φ53×75

2.63

F1

0T64

22×40×145

φ53×65

2.50

F1

表中:F1-單個毛坯一火鍛造成形。 F2-一火鍛造成形,再均勻切斷為三件。 F3-二火鍛造成形,即預鍛后均勻切斷為三件,再加熱終鍛成形。 在高溫時,1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片的組織為奧氏體(A)及少量的δ-鐵素體(F),具有良好的熱塑性,易于壓力加工。為避免組織粗大和δ-F含量過高,鍛造的始鍛和終鍛溫度不要太高。停鍛后,鍛件應置于灰箱中緩冷,防止龜裂發生。適宜的鍛造工藝規范應為:850℃預熱+(1140±20)℃始鍛+(850~900)℃終鍛/灰箱冷。 鍛件的表面質量不允許有過燒裂紋和嚴重影響性能的其它缺陷存在;小裂紋、嵌入和成片的氧化皮必須全部清除;一般缺陷的存在均須保證鍛件留有≥(2)/(3)的公稱加工余量。在鍛件的斷口和酸浸試片上顯示的低倍組織,不允許有白斑、白點、縮孔、氣泡、翻皮、點針偏析和層狀斷口存在。一經發現嚴重質量問題,鍛件應予報廢。 2.熱處理工藝 (1)預備熱處理 1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片預備熱處理即鍛后熱處理,目的是消除鍛造加工缺陷和應力,改善其組織,促使充分聚集的碳化物固溶,并可保證所要求的力學性能(布氏硬度要求d=3.70~4.30)。預備熱處理的工藝規范是:850℃預熱(視裝爐量)+(1000±10)℃正火/空冷+(740±10)℃回火/空冷或850℃預熱+(740±10)℃回火/空冷。 (2)最終熱處理 1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片最終熱處理正確的工藝規范為:850℃預熱(視裝爐量)+(1010±10)℃淬火/油冷+(550~570)℃回火/空冷。 1)淬火1Cr11Ni2W2MoV鋼淬火加熱溫度越高,碳化物溶解得越多,當加熱至1000℃時,碳化物已全部溶解,若加熱溫度過高,就會產生過多的δ-F,使鋼的性能惡化(主要是強韌性、疲勞性能、蠕變性能的降低)。因此,淬火加熱溫度應以保證既達到充分奧氏體化,但又只產生少量的δ-F為原則,以(1000~1020)℃最為適宜。該鋼的淬硬性和淬透性好,<?φ200mm的工件均可淬透,故對類似于航空發動機葉片毛坯的薄壁件,為避免過快的冷卻速度造成變形和開裂缺陷,采用油冷淬火效果較好。 2)回火1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片的回火是一個十分重要的工序,將對最終力學性能產生顯著影響。該鋼存在二個回火脆性區((350~530)℃和(600~670)℃)是回火工藝的難點。合適的回火溫度范圍很窄,稍有偏差就會使鋼的沖擊韌性下降,所以操作時應十分謹慎。根據1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片的工作條件,選定550~570℃的回火溫度,可以獲得最佳的綜合力學性能。 四、試驗結果 經過理化檢驗測試,1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片最終熱處理后的力學性能如表4所示。

表4 1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片最終熱處理后力學性能(平均值)

葉片號

σb (MPa)

σ0.2 (MPa)

δ5 (%)

ψ (%)

ak (KJ/m2)

HRC

0T21-1

1070

932

15

73

2047.6

34.0

0T21-2

1180

980

15

73

1274.0

37.0

0T22-1

1173

987

15

66

1502.3

35.3

0T22-2

1041

956

15

60

741.4

34.7

0T23

1047

948

16

71

2074.8

35.2

0T63

1237

1008

17

69

1131.0

35.0

0T64

1327

1040

15

67

1190.0

36.2

五、結果分析 由表4試驗結果可知,7種型號規格的航空1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片最終熱處理后的力學性能基本合格,其中OT21-1、OT21-2及OT63、OT64等4種葉片的綜合力學性能最佳、強韌性最好;OT21-1、OT23葉片具有很高的沖擊韌性和塑性,但抗拉強度比HB5024-89中的技術規定低;OT22-2葉片的綜合力學性能相對較差,其韌性指標勉強達到要求,抗拉強度低3.6%。 1.鍛造對力學性能的影響 鍛造變形程度(鍛造比)是影響綜合力學性能的重要因素之一,適宜的鍛造比應大于2,反復鐓拔有利于破碎材料中的粗大和網狀碳化物,可以得到較均勻的力學性能和適中的晶粒度。 2.尺寸效應對力學性能的影響 鍛件原材料尺寸越大,則內部原始缺陷的幾率越大,鍛造后鋼的組織也不如小尺寸致密,故尺寸效應越嚴重。 3.回火脆性對力學性能的影響 1Cr11Ni2W2MoV鋼出現的回火脆性,使沖擊韌性下降,可能與某種復雜硬化相的析出有關[2]。電子掃描分析證實,鋼在回火脆性溫度范圍內回火,斷裂韌性K1c值呈現低谷,這恰與回火二次硬化峰相對應,二次硬化峰的出現是因為(Cr、W、Mo、V)2C和(Cr、W、Mo、V)23C6復雜碳化物的析出所致。且在回火脆性區內析出的碳化物都是在M基體上以薄殼形式析出的;若避開回火脆性區回火,則碳化物聚集,薄殼破裂,沖擊韌性上升。這就是著名的"薄殼致脆理論"。 4.δ-F含量對力學性能的影響 1Cr11Ni2W2MoV鋼通常含有少量的δ-F,含量若超過5%,橫向力學性能顯著下降(表5)。故應對鋼的冶煉、鍛造和熱處理采取相應措施,來降低δ-F的含量。如原材料應采取優質電渣鋼熱軋棒,加強化學成份的復檢;鍛造和淬火加熱溫度不宜過高,以達到充分奧氏體化為原則;回火時間一要足夠,保證能使碳化物形成元素充分擴散,二要適當,回火時間太長無助于提高性能,有害無益,應控制在(2.5~3.5)h為宜。

表5δ-F含量對鋼的力學性能影響

δ-F(%)

σb (MPa)

σ0.2 (MPa)

δ5 (%)

ψ (%)

ak (KJ/m2)

<10

847

663

17.5

51.1

680

~15

853

673

15.0

43.7

430

~30

815

663

15.5

41.9

190

~50

745

594

15.8

29.8

170

六、結束語 在熱加工工藝過程中,航空1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片的力學性能主要與鍛造變形程度、尺寸效應、回火脆性和δ-F組織等因素有關;認真執行HB5024-89等有關技術規定,實施正確的熱加工工藝規范,是提高1Cr11Ni2W2MoV鋼葉片的綜合力學性能,特別是控制好批量生產時產品質量的重要保證。

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