1Cr11Ni2W2MoV屬于新型馬氏體耐熱不銹鋼，具有良好的綜合力學(xué)性能，尤其具有優(yōu)良的韌性和抗氧化性能，廣泛用于航空工業(yè)中制造600℃以下工作的發(fā)動機(jī)葉片等重要零部件。本文主要探討航空用鋼自由鍛件的熱處理工藝開發(fā)。1Cr11Ni2W2MoV鋼是在低碳的12%Cr鋼中加入大量的W、Mo、V等縮小奧氏體相區(qū)的鐵素體形成元素，使得鋼具有馬氏體相變硬化能力，所得到的一種新型馬氏體耐熱不銹鋼。我公司采用該材質(zhì)生產(chǎn)的自由鍛件，主要用于生產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)葉片。
產(chǎn)品技術(shù)要求
1Cr11Ni2W2MoV是具有優(yōu)良綜合力學(xué)性能的馬氏體耐熱不銹鋼，強(qiáng)度高、韌性好。1Cr11Ni2W2MoV鋼中C、Mn、Ni屬于奧氏體形成元素，而Cr、Mo、V屬于鐵素體形成元素。為避免得到較多的δ-鐵素體，在源頭原材料化學(xué)成分中即要控制奧氏體形成元素在中上限，鐵素體形成元素在中下限，熔煉爐號為A-A的化學(xué)成分含量見表1。原材料的低倍組織、非金屬夾雜物、無損檢測見表2。力學(xué)性能及高倍組織熱處理后力學(xué)性能要求：交貨狀態(tài)為固溶時效，每熱處理爐次抽取一件硬度最高、一件硬度最低的實(shí)物，測試其力學(xué)性能見表3。熱處理后高倍組織要求：馬氏體或少量δ-鐵素體，晶粒度5～8級。
表1 1Cr11Ni2W2MoV原材料化學(xué)成分含量
表2 1Cr11Ni2W2MoV原材料低倍組織、非金屬夾雜物、無損檢測
表3 1Cr11Ni2W2MoV自由鍛技術(shù)要求
表4 1Cr11Ni2W2MoV自由鍛鍛造工藝
工藝分析及生產(chǎn)工藝
鍛造工藝
1Cr11Ni2W2MoV材質(zhì)鍛造加熱工藝見表4。鍛造加熱時，為避免組織粗大和產(chǎn)生過多的δ-鐵素體，鍛造始鍛溫度和終鍛溫度不宜過高，鍛造后為避免產(chǎn)生龜裂，須將鍛件箱冷。適合的鍛造工藝為：（1140±25）℃始鍛+870℃終鍛箱冷。鍛造過程中頻繁利用高壓風(fēng)清除氧化皮，保證鍛件表面無缺陷，如有毛刺、氧化皮等表面缺陷的鍛件須經(jīng)打磨工序清除干凈后進(jìn)入熱處理工序。
熱處理工藝
兩種1Cr11Ni2W2MoV材質(zhì)產(chǎn)品屬于自由鍛件，變形相對模鍛件小得多，采用水平擺放于料筐內(nèi)裝爐，為保證固溶冷卻效果，擺放方式采用鍛件交錯疊放。熱處理設(shè)備選擇爐溫均勻性±10℃以內(nèi)的電爐。熱處理：(1010±10）℃固溶油冷+(670±10）℃時效空冷。所謂固溶，即是將合金（不銹鋼）加熱到高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相（碳化物相）充分溶解到固溶體中并快速冷卻，以得到過飽和固溶體�；貧w到本文1Cr11Ni2W2MoV鋼，固溶加熱溫度越高，碳化物溶解的越多，當(dāng)加熱到1000℃時，碳化物已全部溶解。溫度再高，會產(chǎn)生過多的δ-鐵素體，經(jīng)查：δ-鐵素體（簡稱δ-F）是一種富W、Mo、Cr和V且貧Mn相，是導(dǎo)致沖擊韌性急劇降低的主因，可通過控制鐵素體形成元素到最低限，奧氏體形成元素到最高限，加熱溫度的合理選擇等多項(xiàng)手段，抑制δ-F的析出，獲得完全馬氏體組織，即可獲得良好的綜合力學(xué)性能。綜合上述，固溶溫度控制在1000～1020℃最為適宜，為避免產(chǎn)品快速冷卻導(dǎo)致裂紋等缺陷可將冷卻方式控制為油冷，油溫控制在50～80℃，并須配備循環(huán)冷卻設(shè)備及溫控儀。時效是比較重要的一個過程，對最終的性能產(chǎn)生直接影響。1Cr11Ni2W2MoV鋼存在兩個時效脆性區(qū)：(350～530）℃、(600～670）℃。按照HB 5024-1989《航空用鋼鍛件》中的技術(shù)規(guī)定，獲得本文要求的力學(xué)性能，選擇時效溫度為(660～710）℃，由于首爐裝爐量較大，綜合時效脆性區(qū)，首爐控制為670℃空冷。
表5 1Cr11Ni2W2MoV自由鍛件力學(xué)性能結(jié)果
試驗(yàn)數(shù)據(jù)
兩種1Cr11Ni2W2MoV自由鍛件，在1/4厚度處縱向取樣，每種產(chǎn)品選取硬度最高、最低各一件，所得力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表5。根據(jù)表5可知：按照上述原材料、鍛造、熱處理工藝執(zhí)行后，所有產(chǎn)品100%檢測布氏硬度，皆滿足269～321HB的要求。兩種自由鍛件選取硬度最高、硬度最低各一件，所得力學(xué)性能數(shù)據(jù)滿足要求。從圖2高倍組織圖片中可以看出：1Cr11Ni2W2MoV自由鍛件熱處理得到均勻的馬氏體組織+極少量的δ-鐵素體，晶粒度達(dá)到6.5級，滿足技術(shù)要求。
結(jié)束語
1Cr11Ni2W2MoV兩種自由鍛件的力學(xué)性能與高倍組織，主要與原材料奧氏體形成元素及鐵素體形成元素含量、鍛造變形程度及尺寸效應(yīng)、時效脆性及δ-鐵素體含量等有關(guān)，認(rèn)真執(zhí)行HB 5024-1989《航空用鋼鍛件》有關(guān)技術(shù)規(guī)范，經(jīng)過適宜的鍛造、熱處理后，可得到滿足要求的力學(xué)性能及高倍組織，也是控制好批量生產(chǎn)質(zhì)量的保證。
