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17-4PH不锈钢经激光淬火后组织硬度研究

导读: 17-4PH钢是一种沉淀硬化马氏体不锈钢,具有高强度、高韧性和适当的抗腐蚀能力。

  17-4PH钢是一种沉淀硬化马氏体不锈钢,具有高强度、高韧性和适当的抗腐蚀能力。该合金已经在蒸汽透平、海洋建筑、化工和发电厂等领域中应用。然而,它较差的摩擦性能限制了其更广的应用,所以,有必要开发先进的表面工程技术来提高其表面质量,诸如表面硬度和耐磨性。相关的科研人员对经激光淬火的17-4PH不锈钢的显微组织和硬度进行了研究。

  研究用的17-4PH钢的化学成分(wt.%)为:15.45Cr,4.33Ni,3.16Cu,0.15Si,0.39Mn,0.038C,0.026P,0.016S和余量Fe。该钢生产工艺为:电弧炉冶炼→真空钢包炉处理→真空氧脱碳→合金化处理→钢锭浇铸→锻造和热处理。热处理包括三步:

  (1)1038±13℃固溶处理1.5h,然后油淬;

  (2)816±5℃调整处理1.5h,然后油淬;

  (3)606±5℃回火(沉淀)处理5h,然后空冷。

  热处理后制成尺寸为70×60×6mm的试样,然后机械研磨,并将暴露在激光单道掠射中的面涂黑。使用带CNC控制操作台的5kW连续波的CO2激光装置(不使用屏蔽气体)。激光淬火参数为:激光功率2500W、扫描速度80~100mm/min。激光束尺寸为20mm×2mm,聚焦在一个专门的矩形透镜上。经激光淬火的试样的显微组织用光学显微镜、透射电子显微镜和57Fe穆斯堡尔光谱学进行研究。用维氏硬度计测定硬度。

  结果表明:

  (1)利用激光相变硬化技术可以硬化17-4PH钢。获得的硬化层大约为1.75mm。硬化区域的最大硬度值为446HV,比基底的硬度值(386~397HV)高出50HV。

  (2)激光硬化层由具有高位错密度的典型的板条状马氏体、NbC和细化的弥散分布的富Cu相组成。激光照射后,表面区域中的细小的沉淀物不能溶解于基体或被粗化。

  (3)17-4PH钢的激光相变层中较高的硬度可归因于以下几方面:基体具有较高的位错密度;细的显微组织;类似于ε-Cu沉淀物的细的面心立方富Cu相;残余奥氏体转变成板条状马氏体。
 

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