双级时效对A705-630不锈钢力学性能及显微组织的影响

邵 帅，陈 炜，翁吉铭，刘业超，于广义，郭 鹏

(沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110869)

A705-630不锈钢既具有高强度、高硬度，又具有良好的塑韧性、耐腐蚀性和加工性能，因而成为应用最为广泛的沉淀硬化不锈钢之一[1-5]。良好的综合性能为设计者提供了产品稳定性高的机会、同时简化加工工序和减少制造成本。广泛应用于航空航天、化工、石化、食品加工、造纸及普通金属加工业等行业。

本文以A705-630不锈钢为研究对象，通过分析双极时效处理对A705-630不锈钢组织和性能的影响，以期为合理使用提供一定的试验数据和理论依据。

1 试验材料与方法

试验使用的A705-630不锈钢采用电渣重熔后经锻造成型，规格为40 mm×40 mm×400 mm，其化学成分见表1。本次针对在相同固溶处理和一次时效处理情况下，A705-630不锈钢的二次时效处理过程进行详细研究。锻件在RX3-45-12高温箱式电阻加热炉内进行固溶处理，工艺为在固溶处理温度保温1.5 h并油冷至室温，固溶处理温度为1040 ℃，之后进行6种不同方式的时效处理，时效处理采用RTX75-9专用低温电阻炉，第一次时效处理工艺为固溶处理后的试样在620 ℃内保温3 h并空冷至室温，第二次时效处理工艺为第一次时效后的试样在590～640 ℃的温度范围内保温3 h并空冷至室温。然后将试样加工成标距为50 mm，平行部分直径12.5 mm的棒状拉伸试样，并在RSA250万能试验机上按照ASTM A370《钢产品力学性能标准试验方法及定义》进行拉伸试验；冲击试样采用V型缺口试样，在ZWick/Roell冲击试验机上按照ASTM A370《钢产品力学性能标准试验方法及定义》标准进行冲击试验；另外在Olympus GX51光学显微镜(OM)上进行金相显微组织分析。

表1 A705-630不锈钢的化学成分(质量分数，%)

2 试验结果与分析

2.1 时效处理对A705-630不锈钢显微组织的影响

经过不同时效处理的A705-630不锈钢在光学显微镜下的显微组织见图1。在进行一次固溶+时效后的组织为板条马氏体，晶粒较粗大，如图1(a)所示。作为对比，固溶处理后只进行一次的时效处理相当于二次时效处理温度为0 ℃。在进行二次时效后仍然为板条马氏体，但是晶粒有细化趋势，晶粒细小，分布均匀，如图1 (b)～(f)。A705-630不锈钢在进行固溶+时效处理后，析出物在晶界处聚集，所以晶界清晰可见，并在晶界某些部位堆积，而在晶粒内只有极少量颗粒状析出物；但在进行二次时效后，晶界处聚集的析出物明显减少，而在晶粒内的颗粒析出物增多并且分布均匀。

(a)0 ℃；(b)590 ℃； (c)600℃；(d)620 ℃；(e)630 ℃；(f)640 ℃图1 经过不同二次时效处理温度的A705-630不锈钢显微组织Fig.1 Microstructures of A705-630 stainless steel with different treatment temperature of second aging

2.2 时效处理对A705-630不锈钢力学性能的影响

经过不同二次时效处理的A705-630不锈钢的力学性能见表2。由表2可以看出，在相同固溶处理和一次时效处理参数的情况下，二次时效温度采用590 ℃的抗拉强度和屈服强度与未进行二次时效处理的抗拉强度和屈服强度相近，没有明显变化；另外，当A705-630不锈钢二次时效温度大于590 ℃时，随着时效温度的增加，抗拉强度和屈服强度下降，抗拉强度由980 MPa下降到640 ℃的912 MPa，屈服强度由765 MPa下降到655 MPa，但是不锈钢的塑性、韧性和硬度变化不明显。

表2 不同二次时效处理温度下A705-630不锈钢的力学性能

A705-630不锈钢的强化机理与沉淀相的析出有关，不锈钢的强度由强化相对位错的作用决定，当不锈钢固溶处理+时效处理后得到的强化相颗粒极细小弥散，分布密集，位错线将发生堵塞，无法通过这些颗粒，不锈钢强度得到提高。从图1中可以看出，当不锈钢在进行二次时效处理时，晶界的析出相逐渐减少，位错线不再发生塞积，不锈钢强度降低。

3 结论

1)A705-630不锈钢经过固溶处理+时效处理得到板条马氏体组织，经过二次时效处理后仍然为板条马氏体，但是晶粒有细化的趋势；

2)A705-630不锈钢在经过二次时效处理后晶界析出相明显减少；

3)在相同的固溶处理和一次时效处理的情况下，A705-630不锈钢在经过590 ℃二次时效处理后的强度与未经过二次时效处理的强度未有明显变化；

4)在相同的固溶处理和一次时效处理的情况下，A705-630不锈钢二次时效处理在大于590 ℃时，随着时效温度的升高，强度下降，塑性、韧性和硬度变化不明显。