固溶处理对氮微合金化高强度因瓦合金组织和性能的影响

对绝大多数的材料而言，热胀冷缩是其本质属性。但在低温工程、航空航天、精密仪器仪表等特殊领域，热胀冷缩会损害某些精密部件的初始设计功能。正因为如此，工程领域通常利用结构上的设计，以便将热胀冷缩对特殊关键部件的不利影响降至最低水平。相比较而言，选用低膨胀系数的因瓦合金则可以便捷地解决这一问题。作为某些非承力的关键部件，因瓦合金已在高清晰度显像管、精密天平摇臂、激光准直仪腔体、电视机荫罩等关键设备上发挥了重要的积极作用。长期以来，由于因瓦合金较低的力学性能水平(ReL约270MPa和Rm约500MPa)，致使其作为结构材料的应用潜力一直未被开发。近年来，随着倍容量导线用殷钢芯材、航空复合材料用殷钢模具等新型高端因瓦合金产品的出现，才推动了高强度因瓦合金(Rm＞1000MPa)研究的步伐。 时效强化是一种便于实现，且对高强度因瓦合金比较有效的强化措施。实现这一强化手段通常需要根据合金元素的含量以及对析出相尺寸、数量等的要求，对材料进行适当的固溶处理。研究人员研究了固溶过程对含钼因瓦合金组织特征的影响规律，但并没有深入分析固溶处理对因瓦合金强度和热膨胀行为的影响效果。本文借鉴前人的工作基础，进一步分析了固溶处理对含氮微合金化因瓦合金的显微组织、力学性能、热膨胀行为的影响。 试验用钢的化学成分(质量分数，%)为：C0.22，N0.0026，Ni36.5，Mo3.35，V0.08，Ti0.11，Fe余量。经50kg真空感应炉冶炼、浇铸成130mm×130mm×210mm的铸锭，再加热至1200℃后在450mm轧机上轧成厚度为5mm的板材。以轧制后的热轧板为原料进行后续试验，并在1050～1250℃温度范围对热轧板加热，保温1h后进行固溶处理。样品经处理后观察显微组织，并进行力学性能检测。 结果表明，随着固溶处理温度的升高，在热轧态形变的奥氏体晶粒中形成新的再结晶晶粒数量不断增加，晶粒尺寸逐渐增大。当固溶处理温度为1150℃时，热轧态析出的第二相粒子已基本完全溶解于奥氏体基体，此时的材料不仅晶粒细小，而且具有较高的硬度(187.4HV0.1)、强度(Rm=625.6MPa)和最好的塑性(A=37.0%)。尽管其膨胀系数是热轧态的1.20倍，但仍处在4.41×10-6℃-1很低水平。固溶处理温度进一步增加，不仅使奥氏体晶粒急剧增加，而且使材料的力学性能和膨胀特性全面恶化。