【導(dǎo)讀】奧氏體不銹鋼，是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。Ni8%~10%、C約%時(shí)，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名。素發(fā)展起來(lái)的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無(wú)磁性而且具有高韌性和塑性，但。強(qiáng)度較低，不可能通過(guò)相變使之強(qiáng)化，僅能通過(guò)冷加工進(jìn)行強(qiáng)化，如加入S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。本論文主要對(duì)奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti. 等材料成型的完整的熱處理過(guò)程的介紹。并且本文還對(duì)不銹鋼1Cr18Ni9Ti耐蝕性。本文還對(duì)不銹鋼1Cr18Ni9Ti的化學(xué)熱處理、表面處理進(jìn)行。檢驗(yàn)也做了介紹，主要為金相、力學(xué)性能等方面的檢驗(yàn)。

　　

【正文】 吸附大氣中的水分，此時(shí)無(wú)論怎樣真空排氣，真空壓力也無(wú)法恢復(fù)。 這時(shí)，應(yīng)在低溫下邊烘烤邊真空排氣，使其恢復(fù)。所以在爐內(nèi)漏氣時(shí)，應(yīng)使用干燥的空氣、氮?dú)獾取? c. 設(shè)計(jì)上的問(wèn)題點(diǎn) 設(shè)計(jì)上共同的問(wèn)題為 ： 均熱問(wèn)題 、 放電問(wèn)題 、 電絕緣問(wèn)題。 首先是均熱問(wèn)題。很多真空爐具有更換處理氣氛后仍可使用的通用性，特別是在真空中、氣氛氣體中加熱并要求溫度精度為士 2. 5℃ 時(shí)，加熱器應(yīng)按區(qū)域分開(kāi)，所以設(shè)計(jì)時(shí)有必要考慮能夠?qū)Ω鲄^(qū)域分別進(jìn)行電力調(diào)整的結(jié)構(gòu)，考慮輻射 效率。 其次是放電問(wèn)題。放電受壓力、電壓、距離、溫度的影響。一般在 之間容易產(chǎn)生。低壓雖不易產(chǎn)生，但熱處理中的蒸發(fā)物，因受高溫?zé)犭娮拥挠绊懙龋踩菀桩a(chǎn)生放電。因此，真空爐應(yīng)為大電流、小電壓的設(shè)計(jì)。另外還要根據(jù)電流值及時(shí)研究減少變壓器、水冷電極、銅板配線材料等成本的措施。 最后是電絕緣問(wèn)題。熱處理時(shí)要研究防止蒸發(fā)物附著在工件上的措施和因加熱器導(dǎo)線和保溫材料之間的微孔隙及時(shí)效變化使保溫材料纖維片在微孔處被擠出的措施等。根據(jù)處理溫度的不同，有時(shí)不能使用絕緣物。雖然絕緣材料從耐熱沖擊性看，價(jià)格昂 貴，但 保溫性能 好。如果鋁系中硅成分也多，就能提高耐沖擊性，但在高溫真空中會(huì)有分解、收縮等無(wú)法預(yù)料的事故，所以使用時(shí)應(yīng)注意鋁的純度和燒結(jié)溫度。 真空熱處理爐設(shè)計(jì) 早期的真空爐是采用在加熱爐中設(shè)置真空容器的方式，這種真空爐稱為外熱式真空爐。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)中 .容易制造，但由于真空容器受高溫強(qiáng)度的限 .制，最高使用溫度不能超過(guò) 950℃ ，又因容器內(nèi)的工件是被間接加熱，所以它的熱效率很差。六十年代研制的真空爐，被稱為內(nèi)熱式真空爐，它是在真空容器內(nèi)設(shè)置加熱室的方式。此討的真空容器不必全部進(jìn)行受熱 (只在加熱室內(nèi)設(shè) 加熱器 )，故不常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 24 頁(yè) 共 51 頁(yè) 必考慮高溫強(qiáng)度，也不妨礙冷卻速度。在加熱室中被加熱的工件一經(jīng)取出即可投人真空容器中的油槽內(nèi)淬大。如在單室爐內(nèi)進(jìn)行氣淬時(shí)工件可原地不動(dòng)，進(jìn)行氣冷淬火，如圖 加熱室的外壁和真空容器之間采用真空絕熱，因此加熱室內(nèi)的熱量難以逸出，熱損失小。 圖 是研究小型真空熱處理爐消耗電力與爐內(nèi)壓的關(guān)系。與在大氣壓下使用的爐子相比，真空爐可節(jié)電近 50％，在真空中加熱不僅工件的熱處理質(zhì)量好， 而且有路子使用壽命長(zhǎng)，維修成本低改善生產(chǎn)環(huán)境無(wú)公害等優(yōu)點(diǎn)。 現(xiàn)以海斯?fàn)t為例介紹一下真空爐的發(fā)展進(jìn)程。 圖 海斯?fàn)t簡(jiǎn)介 圖 爐內(nèi)壓力與消耗電力和加熱室外壁溫度的影響 （ 1）間歇式真空熱處理爐 伴隨著真空熱處理爐的適用范圍在不斷擴(kuò)大，出現(xiàn)了各種類型的間歇式真空熱處理爐，其基本有兩種一種是臥式，一種是立式。 一般 12 米 的工件用立式爐，方形的，圓形的用臥式的比較好爐處理較好。大型工件用一層料筐擺放。較小的工件可用 2～ 3 層料筐裝載。采用豎式爐處理小形工件多層裝料時(shí)，料筐層次過(guò)常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 25 頁(yè) 共 51 頁(yè) 多會(huì)影響質(zhì)量，淬火冷卻不易均勻，操作也不方便。豎式爐也有氣冷和水、油淬火兼用的，但操作不太方便。如 Ti 合金要求加熱 后 2～ 3 秒內(nèi)進(jìn)行水淬，以及軸類零件最好采用豎式爐，如要求裝、出料要自動(dòng)省力時(shí)，以及通用性工件，最好采用臥式爐。 （ 2）半連續(xù)式真空熱處理爐 采用間歇式真空熱處理爐時(shí)，需把冷室工件取出后才能裝爐。如果采用半連續(xù)式真空護(hù)，工件在冷卻的同時(shí)，就能把下一 爐 工件裝入加熱室，這不僅可以提高工作效率，還可以提高熱能利用率。一般的三室真空爐就是半連續(xù)式的爐 子。它是由加熱室、預(yù)備室和冷卻室三個(gè)真空容器組成的。海斯公司 1981 年研制成的半連續(xù)式真空爐只有加熱室、冷卻空，預(yù)備室也能完成三室爐的工作。 在通常的真空爐中，由于加 .熱室不能暴露在大氣中，所以必須有準(zhǔn)備室，而且準(zhǔn)備室也必須介入真空。而 “ 海斯 ” 公司研制的真空爐因其加熱室是由抗氧化的材料構(gòu)成。即使在熱態(tài)中也能暴露在空氣中，所以工件可由加熱室裝爐，到需要的溫度后轉(zhuǎn)移到冷卻室進(jìn)行冷處理。工件離開(kāi)加熱室后，下一爐工件又可裝入。前一爐工件冷卻好后由冷卻室出爐。這樣，雙室爐就能完成連續(xù)真空熱處理工作。，當(dāng)然兩室之間必 不可少的要設(shè)置真空隔熱門(mén)。 （ 3）連續(xù)式真空熱處理爐 隨著人們對(duì)真空熱處理優(yōu)越性的認(rèn)可及其廣泛的應(yīng) 用 出現(xiàn)了連續(xù)式真空熱處理爐，見(jiàn)圖 。這種爐子由預(yù)備室、加熱室、冷卻室組成。加熱室內(nèi)可裝入幾個(gè)料筐。把裝載的料筐裝入預(yù)備室，由預(yù)備室的推進(jìn)桃構(gòu)把料筐推入加熱室，并向前推動(dòng)加熱室內(nèi)正在加熱的料筐，加熱后的料筐靠牽引機(jī)構(gòu)拉到冷卻窒。加熱室可同時(shí)放人三個(gè)料筐，每個(gè)筐料為 120kg 連續(xù)處理時(shí)，升溫時(shí)間為 小時(shí)，每 30 分鐘就可以從加熱室內(nèi)出一筐料。它與裝爐 360kg 的間歇式爐子相比，后者每三小時(shí)一爐，所以連續(xù)式比間 歇式效率高出一倍。連續(xù)爐因在單獨(dú)的冷卻室冷卻工件，比間歇爐在加熱室冷卻工作條件要好的多，不僅效率高而且質(zhì)量也好。 連續(xù)爐還應(yīng)包括清洗槽、回火爐等一系列連續(xù)熱處理設(shè)備，并可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)程序。 連續(xù)式氣冷爐在零件、粉末高速鋼的燒結(jié)和淬火復(fù)合熱處理等新領(lǐng)域中正在得到廣泛的應(yīng)用。 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 26 頁(yè) 共 51 頁(yè) 圖 真空熱處理爐生產(chǎn)線 （ 4）加壓氣淬真空熱處理爐 早期的氣冷真空爐是單室型的，只能在加熱室內(nèi)進(jìn)行冷卻，它的缺點(diǎn)是件冷卻速度緩慢，此時(shí)不僅需要冷卻 _工件，而且加熱室也同時(shí)被冷卻下來(lái)，所以冷卻時(shí)間要長(zhǎng)一些。在雙室型氣冷真空爐中，就把加熱室和冷卻室分開(kāi)了，它與單室爐項(xiàng)比，占地向積大，價(jià)格要高。為了克服上述缺點(diǎn)，又研制出如圖 所示的單室外循壞式氣淬真空爐，這種爐于一方而增加冷卻氣體的 循環(huán)量，一方 而又增加了熱交換器，目的在于提高冷卻速度。 以前的單室爐冷卻風(fēng)扇和熱交換器都是安裝在加熱室的上部或下部，此時(shí)爐內(nèi)部的容量較小，這種爐子通常就叫內(nèi)循環(huán)式的爐子，也就址說(shuō)冷卻氣體只在爐殼內(nèi)部循環(huán)。后來(lái)在爐體后部安裝了大容量風(fēng)機(jī)，熱交換器和外循環(huán)管道，使冷卻氣體通過(guò)管道做爐外循環(huán)，來(lái)增加冷卻速度。這種爐子又叫外循環(huán)式爐子，目麗在美國(guó)，外循壞和內(nèi)循壞的氣洋爐應(yīng)用都較普遍，兩者各有所長(zhǎng)。 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 27 頁(yè) 共 51 頁(yè) 圖 一室式氣冷卻爐 VCH 型 奧氏體不銹鋼 1Cr18Ni9Ti 的固溶處理與穩(wěn)定化處理 奧氏體不銹鋼 1Cr18Ni9Ti 的固溶處理 固溶處理是 把鉻鎳奧氏體不銹鋼加熱到 10501100℃ ，保溫一定時(shí)間，然后快速冷卻到 427℃ 以下，獲得均勻的奧氏體組織， 這種方法稱為固溶處理。這樣出來(lái)的奧氏體不銹鋼，其硬度和強(qiáng)度降低二塑性較好，具有良好的耐腐蝕性和良好的高溫性能 [7]。 由于含有較高的鎳且在室溫下呈奧氏體單相組織，所以它與 Cr13 不銹鋼相北具有高的耐蝕性，在低溫、室溫及高溫下均有較高的塑歸和韌性，以及較好的冷作成型和焊接性。但室溫下的強(qiáng)度較低，晶間腐蝕及應(yīng)力腐蝕傾向較大，切削加工性較差。 奧氏體在加熱時(shí)無(wú)相變 ,因此不能通過(guò)熱處理強(qiáng)化。只能以提高鋼的耐腐蝕性能進(jìn)行熱處理： 固溶處理；其目的是使碳化物充分溶解并在常溫下保留在奧氏體中，從而在常溫下獲單相奧氏體 組織，使鋼具有最高的耐腐蝕性能。固溶處理的加熱溫度一般均較高，在 10501100℃ 之間，并按含碳量的高低作適當(dāng)調(diào)整。由于 188 不銹鋼導(dǎo)熱性很差，不僅要通過(guò)預(yù)熱后再進(jìn)行淬火加熱 ,而且在固溶處理 (淬火加熱 )時(shí)的保溫時(shí)間要長(zhǎng)。固溶處理時(shí)，要特別注意防止增碳。因?yàn)樵鎏紝?huì)增加 188鋼的晶間腐蝕傾向。冷卻介質(zhì) ,一般采用清水。固溶處理后的組織一般是單相奧常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 28 頁(yè) 共 51 頁(yè) 氏體 ,但對(duì)含有鈦、鈮、鉬的不銹鋼，尤其當(dāng)是鑄件時(shí)還含有少量的鐵素體。固溶處理后的硬度一般在 135HBS 左右。 奧氏體不銹鋼的代表鋼種是 188 鋼 (304)，因?yàn)槭?奧氏體組織，所以具有無(wú)磁性 且 沒(méi)有淬硬性等特點(diǎn)。由 于 該鋼種不發(fā)生相變，其熱處理就是加熱到高溫 (一般在 1000℃ 以上 )，奧氏體再結(jié)晶的同時(shí)，使在加工中產(chǎn)生的碳化物和。相分解物固溶到奧氏體中，然后快速冷卻，使碳呈固溶狀態(tài)的奧氏體保持到常溫，這一處理過(guò)程即為固溶處理。表 為奧氏體不銹鋼的參考退火溫度。 表 奧氏體不銹鋼的參考退火溫度 中國(guó) GB 4237 美國(guó) AISI ASTM 日本 JISG 4303 退火溫度 / 0Cr18Ni9 304 SUS 304 10101120 00Cr18Ni9 304L SUS 304L 10101150 0Cr17Ni12Mo2 36 SUS 36 10101120 00Cr17Ni12Mo2 316L SUS 316L 10101150 Y1Cr18Ni9 303 SUS 303 10501150 0Cr18Ni11Ti 321 SUS 321 9201170 奧氏體不銹鋼加熱溫度主要是依據(jù)碳化物的固熔速度 而 確定的，有資料指出像 304鋼的碳化物在 1065℃ 時(shí)固溶需要 3分鐘，在 1176℃ 需要 ，在 1000℃則需要長(zhǎng)達(dá) 10 分鐘。從這個(gè)角度而 言，加熱溫度越高越好，但加熱溫度偏高同時(shí)又可能引起晶粒過(guò)分長(zhǎng)大、氧化鐵皮增厚等缺陷。因?yàn)閵W氏體型不銹鋼無(wú)法通過(guò)相變來(lái)細(xì)化晶粒，如果晶粒過(guò)大，會(huì)使材料的抗拉強(qiáng)度明顯下降 [8]。 就加熱時(shí)間 而 言，不銹鋼的導(dǎo)熱率低 （ 特別是在低溫時(shí) ） ，升到高溫后 （ 700800℃） 導(dǎo)熱率才有提高。所以，對(duì)十?dāng)嗝娲蟮膴W氏體不銹鋼都需要預(yù)熱到 700800℃ ，然后再快速升溫，對(duì)十?dāng)嗝嫘〉膴W氏體不銹鋼 (如帶鋼 )如果升溫速度過(guò)慢，碳化物會(huì)充分析出，就會(huì)導(dǎo)致固溶時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，美國(guó)阿姆科公司曾制定過(guò)一個(gè)經(jīng)典的加熱時(shí)間表 (見(jiàn)表 、表 )。 由 十不銹鋼中的鉻形成的鉻基氧化物在酸洗中較難去除，因此在熱處理時(shí)要控制鉻基氧化物的形成，對(duì)十有特殊要求的不銹鋼，可采用光亮退火形式進(jìn)行熱處理。 表 奧氏體不銹鋼固溶處理保溫時(shí)間 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 29 頁(yè) 共 51 頁(yè) 厚度 mm 保溫時(shí)間 min 5 15 30 60 60 表 奧氏體不銹鋼固溶處理保溫時(shí)間 工作直徑或厚度 mm 到固溶化的升溫時(shí)間 在固溶化溫度的保溫時(shí)問(wèn) 1020min ． 4 5176 76100 為防止已固溶的碳化物析出，冷卻速度也很重要，特別是在 600700℃ 時(shí)，碳化物析出較多發(fā)生敏化，所以必須進(jìn)行快速冷卻。由十奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱率低，對(duì)十?dāng)嗝孑^大的材料，無(wú)論怎樣快冷，中心部位的冷卻程度仍然很慢，往往因碳化物析出較多發(fā)生敏化。所以在實(shí)際生產(chǎn)中，斷面較大的材料一般考慮采用加入Ti、 Nb 等兀素的穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼，因?yàn)?Ti、 Nb 等兀素對(duì)碳親和力較大，這類穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼 (如 32 347 等 )可以不需要水淬或其它快速冷卻措施進(jìn)行快冷 [9]。 奧氏體不銹鋼 1Cr18Ni9Ti 的穩(wěn)定化處理 穩(wěn)定化處理 ， 為了防止鈦和鈮的奧氏體不銹鋼在焊接或固溶處理時(shí)，由于TiC 和 NbC 減少而引起耐晶間腐蝕性能降低 ,需將這種不銹鋼加熱到一定溫度后(該溫度使鉻的碳化物完圣溶于奧氏體，而 TiC 和 NbC 只部分溶解 )再緩冷。在冷卻過(guò)程中 ,使鋼中的碳充分地與鈦和鈮化合 ,析出穩(wěn)定的 TiC 和 NbC，而不析出鉻的碳化物，從而消除 188 奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕傾向 ,這種處理過(guò)程稱之為穩(wěn)定化處理。 188 不銹鋼穩(wěn) 定化退火 ,一般是加熱到 850880℃ ，保溫 26h，隨后進(jìn)行空冷或爐冷。為使工件在長(zhǎng)期服役的條件下形狀和尺寸變化能夠保持在規(guī)定范圍內(nèi)的熱處理。對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼材，穩(wěn)定化處理的作用是將鋼絲中的大部分殘余應(yīng)力消除，使絞線結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，切斷時(shí)不松散，彈性極限提高，在長(zhǎng)期保持張力下服役時(shí)應(yīng)力損失（松弛）較低。根據(jù) 理論研究， 含鈦或含鈮的奧氏體不銹鋼的一種常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 30 頁(yè) 共 51 頁(yè) 提高抗晶間腐蝕能力的熱處理方法。在奧氏體不銹鋼冶煉時(shí)加入數(shù)倍于含碳量的鈦或鈮元素，可在形成 Cr23C6之前優(yōu)先形成鈦或鈮的碳化物，這些碳化物幾乎不固溶于奧氏體中。在焊接從高 溫冷卻時(shí)，即使經(jīng)過(guò)易析出 Cr23C6的敏化溫度區(qū)間(850～ 450℃ )時(shí)也不會(huì)沿晶界大量析出 Cr23C6，從而大大提高了抗晶間腐蝕的能力。為了使鋼達(dá)到最大的穩(wěn)定度，還應(yīng)作穩(wěn)定化處理，即將構(gòu)件加熱至 900℃ 使Cr23C6充分溶解到奧氏體中，而此時(shí)讓鈦和鈮充分形成非常穩(wěn)定的碳化鈦和碳化鈮。然后在空氣中冷卻，即使經(jīng)過(guò)敏化溫度時(shí)，也無(wú) Cr23C6在晶界析出。經(jīng)穩(wěn)定化處理后的奧氏體不銹鋼便大大降低了晶間腐蝕的可能性。 奧氏體不銹鋼的抗晶界腐蝕穩(wěn)定化處理 具體穩(wěn)定化處理在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用是很普遍的，它對(duì) 不銹鋼的晶間腐蝕的傾向影響很大 [10]。有些零件用 1Cr18Ni9Ti 鋼制造，毛坯厚度 60mm，而且需經(jīng)晶界腐蝕試驗(yàn)證明無(wú)晶界腐蝕傾向。開(kāi)始時(shí)，我廠有關(guān)部門(mén)將此材料的熱處理找外單位協(xié)作熱處理，采用了 1070℃ 的固溶處理，其金相組織為奧氏體。但經(jīng) 650℃保溫 1 小時(shí) (敏化處理 )晶界處有