Cr13型耐酸不銹鋼的金相組織
2023-02-24 15:43:13
作者：每天學點熱處理 來源：每天學點熱處理
分享至：
本期介紹Cr13型耐酸不銹鋼在不同工藝條件下對應的金相組織，以及工藝對組織與性能的影響。
圖2，馬氏體和白色鐵素體，鐵素體呈帶狀分布。為正常的淬火組織。圖3，馬氏體和白色鐵索體，鐵素體呈帶狀分布。馬氏體十分粗大，鐵索體含量增加，為過熱組織。1Cr13鋼為半馬氏體鋼，也屬耐熱鋼范圍，正常淬火的顯微組織除馬氏體外，一般含量鐵素體低于15%。1Cr13 鋼的正常淬火溫度為950~1 050℃，過熱淬火容易產生高溫δ鐵素體，而且從相冬看淬火溫度越高，產生δ鐵素體的比例也越多，大量的δ鐵素體無論對鋼的力學性能還是耐腐蝕性能都有明顯的降低作用，且一日出現高溫δ鐵素體很難通過以后的熱處理，按相圖使其轉變成奧氏體而給予消除，所以應盡量避免高溫鐵素體的出現。圖4、圖5的顯微組織為保留馬氏體位向的回火索氏體和帶狀鐵素體，屬正常調質組織。原材料的帶狀偏析比較明顯，鐵素體帶分布不均勻，鐵素體帶中黑色鏈狀分布的為非金屬夾雜物(硫化物)。圖6，為保留馬氏體位向的回火索氏體和帶狀分布的鐵素體，組織粗大，為淬火過熱的調質組織。1Cr13,鋼退火狀態具有較高的韌度和冷沖變形能力，并有很好的拋光性以及切削加工性能。經調質處理后具有良好的綜合力學性能。1Cr13鋼具有可焊性，但焊后應及時進行退火處理，以防焊接裂縫的產生。1Cr13 鋼在弱腐蝕介質中，如鹽水溶液、硝酸以及某些濃度不高的有機酸、食品介質等，在溫度不超過30℃的條件下，具有良好的耐腐蝕性能。同時在潮濕大氣、蒸汽、淡水和海水等條件下，也具有良好的耐腐蝕性能。1cR1Cr13鋼主要用于制作對韌度要求較高、受沖擊載荷且具有不銹性的零件，如透平葉片、水壓機閥、緊固件，以及常溫下耐弱介質腐蝕的設備。球狀珠光體和鐵素體組織。2Cr13鋼屬馬氏體不銹鋼，其主要性能和 1Cr13鋼相似，但由于含碳量較高，其強度和硬度比1Cr13鋼稍高，而耐腐蝕性能和耐熱性能則略有降低。2Cr13 鋼經調質處理后具有很高的強度和良好的綜合性能，可用于承受較高應力的零件，如高壓透平零件，耐有機酸、鹽的水溶液和食品介質的設備，以及用于造紙設備、醫療設備、刀具等。2Cr13鋼的 Ac1為820℃，Ac3為950℃，正常的淬火溫度應為980~1000℃。由于淬火溫度偏低，晶粒過于細小，碳化物溶解不充分，合金元素均勻化不夠，從而會降低鋼的耐腐蝕性能和耐熱性能。2Cr13鋼淬火后通常采用600~750℃高溫回火，而不采用中溫回火。因為中溫回火時，生成(Cr、Fe)C 碳化物，碳化物的周圍形成貧鉻區。中溫回火的溫度不足以使基體富鉻區的鉻向貧鉻區擴散，使腐蝕性能明顯降低;而高溫回火形成M23C8碳化物，其周圍的貧鉻區容易通過高溫回火的擴散而得到消除，同時高溫回火也可以獲得良好的綜合力學性能。圖10，球粒狀珠光體和沿晶斷續分布之顆粒狀碳化物。圖11，顆粒較大且分布不甚均勻的球狀珠光體、鐵素體及少量片狀珠光體，沿晶界有斷續鏈狀碳化物。球化組織優劣直接影響以后淬火、回火質量。圖 5-90中組織不均勻，且有層片狀珠光體，則零件在加熱淬火時容易發生變形或組織粗大。圖12，回火索氏體和未溶塊狀鐵素體，固溶程度差，將影響該材料的耐腐蝕性。圖13，均勻的回火索氏體及少量鐵素體。該組織用于石油零件，耐腐蝕性及其他性能均優良。2Cr13屬亞共析不銹鋼，如果退火預備組織完善，淬火加熱能使碳化物充分固溶于奧氏體，可獲得無殘余鐵素體或少量鐵素體及中等針狀馬氏體，回火后獲得回火索氏體組織，其耐蝕性與強韌性均會優良。馬氏體以及少量殘余奧氏體。硬度49.0~50.5HRC。2Cr13鋼的淬火溫度有關標準推薦1000~1050℃，但實際上以980~1000℃比較適宜。淬火溫度略高于1000℃時，很容易發生過熱現象(與成分波動也有關)，使淬火后馬氏體組織粗大，使韌度下降，還會影響其抗蝕性能。所以淬火加熱溫度控制要適當、嚴格。圖15，球化退火，圖16 調質，均經85天膠體貯藏罐內耐蝕試驗圖15，球狀、小條狀碳化物分布在鐵素體基體上，黑色為腐蝕孔。失重 0.0206g。圖16，索氏體及黑色腐蝕凹坑。硬度為34.0~35.0HRC。失重0.139 7g。從上述試驗結果可以看到，在所試驗的介質中，如果調質回火溫度較低時，鋼的強度和硬度偏高，存在應力使其抗點蝕的性能不及退火狀態。點狀和球狀珠光體及沿晶界呈斷續分布的二次碳化物。硬度為207HB。2Cr13型不銹鋼，鋼中含有13%的鉻，由于鉻具有使等溫轉變曲線向右移，和提高鋼淬透性的作用，使鋼具有空氣淬火能力。如果鍛后空冷，由于產生馬氏體轉變而產生很大的體積效應和組織應力。容易產生鍛后裂縫，所以 3Cr13鋼鍛后必須立刻進行退火處理，一方面是為了消除應力，另一方面利于以后的切削加工和為以后的淬火作好組織準備。退火狀態的3Cr13鋼力學性能較差，耐腐蝕性能也不佳，這是由于大量的鉻和碳形成(Cr、Pe)23C6使基體貧鉻的緣故。所以3Cr13鋼一般不以退火狀態使用，而以淬火、回火狀態使用。點狀和球狀珠光體及沿晶界早斷續分布的二次碳化物。硬度202HB。3Cr13比1Cr13和2Cr13含碳最高，其化學成分可達到過共析成分。如果鋼中的碳偏上限，且鋼的終鍛溫度或退火溫度過高，將會出現網狀碳化物，若在以后的淬火中不能消除時，將使鋼的脆性增加。3Cr13因其含碳量高，其強度、硬度和熱強性都較高，但其耐腐蝕性和在700℃以下的高溫熱穩定性卻比1Cr13和 2Cr13低。3Cr13鋼經淬火和回火處理后，具有很高的強度，常用來制造高載荷且在腐蝕介質條件下工作的耐磨損機械或儀器零件，如柱塞、閥錐、滾珠軸承部件，測量和醫療器械工具等。回火馬氏體和未溶的細小碳化物顆粒。硬度為48~49HRC，為正常的淬火、低溫回火組織。3Cr13鋼一般的淬火溫度為950~1000℃，淬油。淬火后回火處理有兩種工藝。當要求高硬度、高耐磨性和良好的耐蝕性能時，可采用低溫回火，一般為200~300℃。當要求具有較高強度和良好韌度以及耐蝕性的結合時，可采用高溫回火，一般為550~750℃。3Cr13鋼經低溫回火后得到回火馬氏體組織和少量未溶的碳化物顆粒。由于回火溫度低，合金元素的擴散受到限制，回火析出的碳化物為高鐵低鉻的(Fe、 Cr)3C碳化物，這樣固溶體仍保留大量的鉻，使鋼具有高硬度、高耐磨性，同時具有良好的耐蝕性。3Cr13鋼淬火加熱時，隨著淬火溫度的提高，碳化物逐漸溶解，合金元素逐漸均勻化，此時碳化物具有阻礙晶粒長大的作用，鋼的晶粒度隨淬火溫度的提高而長大的傾向不是很顯著。一旦碳化物完全溶解，隨著淬火溫度的提高，此時鋼的晶粒度將急劇長大，板條馬氏體的比例越多，板條馬氏體的筐籃結構也越明顯。隨著晶粒的粗大，鋼的塑性、韌度也顯著下降。帶馬氏體位向的回火索氏體和未溶細小碳化物顆粒。硬度為 36.0HRC。Cr13 型不銹鋼的馬氏體在不同溫度回火時，析出的碳化物類型不同，對其性能有著密切的影響。200~350℃的低溫回火時，從馬氏體中析出高鐵低鉻的滲碳體型碳化物( Fe、Cr)3C，基體仍保存大量鉻，使鋼具有良好的耐蝕性。400~550℃中溫回火時，通過鉻置換(Fe、Cr)3C中的鐵，形成高鉻低鐵的(Fe、Cr)7C3碳化物，或直接析出(Fe、Cr)7C3碳化物，使碳化物周圍貧鉻，而中溫回火的溫度不足以使固溶體中的鉻均勻化，從而降低鋼的耐蝕性。600~750℃高溫回火時形成 M23C6 碳化物,它實際上在482℃已開始形核，由于回火溫度高，碳化物周圍的貧鉻可通過擴散而得以均勻化，所以高溫回火仍然具有良好的耐蝕性，作為結構件使用時的馬氏體不銹鋼，多采用高溫回火處理。保留粗大馬氏體位向的回火索氏體，碳化物已完全溶解，晶粒粗大，屬淬火過熱的調質組織，脆性極大。硬度40 HRC。
Cr13型不銹鋼，鉻含量高，導熱性差，淬火加熱時應十分緩慢，并采用充分預熱或分級加熱處理為妥。淬火后由于相變的體積效應、組織應力應及時回火，否則容易產生自裂現象。
馬氏體、殘余奧氏體、極少量粒狀碳化物以及沿晶分布有δ共析體。3Cr13鋼在高溫加熱時會析出黑色δ鐵素體，在冷卻時轉變為碳化物與奧氏體混合物，稱δ共析體。出現共析體及粗大晶粒表明有過熱現象，容易開裂。基體組織為球粒狀珠光體。屬正常的退火組織。球粒狀碳化物均勻分布在白色鐵素體基體從而構成球粒狀珠光體組織。一般3Cr13鋼供貨狀態應是正常退火組織，硬度較低，利于切削加工，并對淬火加熱有利，不易于造成過熱。圖25，經飽和苦味酸溶液和洗滌劑溶液(數滴)熱浸蝕圖26，經上述試,劑浸蝕后又經苦味酸鹽酸酒精溶液浸蝕圖25，基體組織為奧氏體晶粒，并有孿晶線。通過用特殊試劑浸蝕，可以顯示奧氏體晶粒，晶粒度相當于6~7級。在鍛造過程中由于變形，在晶粒內會產生孿晶，浸蝕后可看到孿晶線。這是由于變形過程中的位錯運動和孿晶變形的結果。說明工件承受變形量較大，變形速度亦較大。孿晶變形還會產生加工硬化現象。圖26，基體為粗針狀馬氏體及殘余奧氏體，同時見到晶界線和孿晶線。并在孿晶線邊緣可見到不易浸蝕的白色區域，這說明這種孿晶線存在加工硬化現象。3Cr13鋼在高溫模鍛成型后空冷亦能得馬氏體組織。隨著鍛造溫度的升高，馬氏體的針也隨著粗大，韌性亦下降。所以必須控制鍛造加執溫度。圖27，球狀珠光體。硬度184HB，屬正常的退火組織。圖28，馬氏體和細小和較多碳化物顆粒，硬度47.5HRC，屬于欠熱淬火組織。4Cr13鋼Ac1為820℃，Accm1100℃，正常淬火溫度應為1050℃~1100℃，由于淬火溫度偏低，碳化物溶解不充分，使奧氏體合金化程度不夠，淬火后硬度偏低。圖29，顯微組織為馬氏體和少量細小碳化物顆粒，硬度54HRC，屬正常的淬火、低溫回火組織。隨著淬火溫度的提高，碳化物溶解充分，淬火后硬度也較高。4Gr13鋼因其含碳量比1Cr13鋼、2Cr13 鋼高，故其強度、硬度、熱強性都較高，但耐腐蝕性和熱穩定性比1Cr13鋼、2Cr13鋼差。4Cr1 鋼常用作受高強度載荷、腐蝕介質作用以及磨損條件下工作的零件，如柱塞、閥錐、滾珠軸重部件、活塞桿、螺柱、彈，以及刀具、日常家用器具的材料等。馬氏體、沿晶界分布黑色托氏體及顆粒狀和小塊狀碳化物，碳化物沿晶界分布，晶粒粗大。基體硬度為634 ~641HV1。組織仍殘留有鑄態組織形貌，成分枝晶偏析明顯，韌度必然降低，只能用于沖擊載荷較小的部件。基體為索氏體和白色碳化物，碳化物沿晶界線斷續網狀分布，并有聚集現象。晶粒粗大，晶粒度可評為1級。本樣品為CO2壓縮機閥座(精鑄件)，僅運行一個月即發生脆斷。原設計為ZG3Cr13，結果碳含量超標，實際成為ZG4Cr13，脆性增加。同時，鑄造組織形態沒消除(或淬火溫度過高)，碳化物沿晶網狀分布，更增加其脆性。
圖號:圖32
材料:5Cr14
工藝情況:淬火、回火處理
浸蝕方法:苦味酸鹽酸酒精溶液浸蝕
組織說明:
馬氏體、殘余奧氏體、小塊狀和小顆粒狀碳化物。晶界區域較易浸蝕，可看到晶粒大小，晶粒度約10 級。5Cr14鋼是4Cr13鋼的變異鋼種，增加碳和鉻，碳化物明顯增多，使硬度及耐磨性相對提高。該鋼種主要用于制造民用刀具。
免責聲明：本網站所轉載的文字、圖片與視頻資料版權歸原創作者所有，如果涉及侵權，請第一時間聯系本網刪除。
