热处理工艺对1Cr15Ni4Mo3N钢力学性能和应力腐蚀抗力的影响

摘要

1Cr15Ni4Mo3N钢属于半奥氏体沉淀硬化不锈钢，具有高塑性和良好的加工性能，该钢在航空领域正被广泛应用，主要用作螺栓、起落架接头等受力部位。在实际应用中由于工艺不合理，导致在储存过程中发生严重的应力腐蚀失效行为，险些造成重大经济损失。
　　本文通过热力学计算得到了该钢不同温度下相组成和碳化物溶解度曲线，计算得到该钢的Ms和Mf点。利用上述结果，设计了1Cr15Ni4Mo3N钢热处理工艺，研究了不同热处理状态下组织及其演化规律，测试不同热处理状态下的应力腐蚀性能，揭示热处理工艺对应力腐蚀性能的影响规律。
　　1Cr15Ni4Mo3N钢四级预退火后仍保持马氏体和部分奥氏体状态，马氏体局部出现回复现象。固溶处理后为马氏体组织加8.69％的奥氏体，大部分第二相在固溶过程中溶入基体，存在典型的位错和位错网亚结构。深冷处理后主要为马氏体，奥氏体含量在5%以下，同时马氏体板条中存在孪晶亚结构和大量的位错。250℃回火后仍然保持马氏体板条形态，位错密度有所降低，析出相呈棒状或椭圆型，弥散分布在板条内部或板条界。350℃回火后呈现板条状，但板条界不明锐，大量的析出相粒子呈圆形或不规则形状分布在板条内或呈链状分布在板条界。450℃回火后组织仍然为板条组织，但板条界变得更模糊，板条界扭曲。350℃，回火2h具有较高的强度、塑性配合。
　　1Cr15Ni4Mo3N钢裂纹扩展速率和应力场强度因子的关系分为两阶段：第一阶段，裂纹扩展速率随应力场强度因子的增加而增加，裂纹扩展主要由应力场强度因子决定；在第二阶段，裂纹扩展速率与应力场强度因子基本无关，控制裂纹扩展的因素是电化学因素。深冷状态试样第二阶段呈现两平台的形状，中间存在一个裂纹扩展速率下降的区域。
　　不同热处理状态具有不同的应力腐蚀抗力。锻造状态应力腐蚀临界强度场因子87.05MPa.m1/2，深冷状态应力腐蚀临界强度场因子为40.05MPa.m1/2，固溶态介于二者之间，为80.75MPa.m1/2。随回火温度升高，应力腐蚀抗力升高。应力腐蚀断口呈现沿晶和穿晶脆性断裂特征；沿晶断口中分布有晶间裂纹、小腐蚀坑、微小韧窝，呈现典型的氢致脆性导致应力腐蚀的特征。
　　本研究结果为解决1Cr15Ni4Mo3N钢存放开裂问题提供了理论基础和方法依据。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景及研究目的和意义

1.2半奥氏体沉淀硬化不锈钢研究现状

1.3 1Cr15Ni4Mo3N钢热处理工艺

1.4 1Cr15Ni4Mo3N钢应力腐蚀性能

1.5本文研究的主要内容

第2章 材料及研究方法

2.1材料体系及研究路线

2.2 1Cr15Ni4Mo3N钢热处理工艺

2.3 组织表征

2.4 性能表征

第3章 1Cr15Ni4Mo3N钢热处理组织及力学性能

3.1引言

3.2 1Cr15Ni4Mo3N钢组织转变行为的热力学计算

3.3 1Cr15Ni4Mo3N钢热处理工艺的设计

3.4 1Cr15Ni4Mo3N钢热处理状态组织

3.5 1Cr15Ni4Mo3N钢力学性能分析

3.6本章小结

第4章 1Cr15Ni4Mo3N钢应力腐蚀行为研究

4.1引言

4.2 1Cr15Ni4Mo3N钢应力腐蚀行为研究

4.3应力腐蚀断口观察和应力腐蚀机理分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢

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