1Cr11Ni2W2MoV钢叶片的热加工工艺与力学性能
1Cr11Ni2W2MoV钢是在低碳的12%Cr钢中加入大量的W、Mo、V等缩小奥氏体相区的铁素体形成元素,使得钢具有马氏体相变硬化能力,所得到的一种新型马氏体耐热不锈钢。该钢具有良好的综合力学性能,在航空工业中已广泛用于制造600℃以下工作的发动机叶片、盘、轴等重要零部件。
本文主要探讨了航空1Cr11Ni2W2MoV钢叶片热加工工艺(锻造及热处理)与力学性能的关系。
二、原材料和工艺设备
航空1Cr11Ni2W2MoV钢叶片是重要的二级锻件。锻件用原材料电渣钢热轧棒必须符合YB675-7《航空用不锈钢及耐热钢钢棒》和HB5270-83《航空发动机转动件用高级优质不锈钢棒》等技术标准及有关所颁技术条件的规定;原材料经复检合格,拔皮去除表面缺陷后,方可投入使用。复检后的化学成份见表1,叶片的最终力学性能应达到表2的规定[1]。
表11Cr11Ni2W2MoV钢化学成分(wt%)
元素CSiMnCrNiWMoVSP
含量0.10~0.16≤0.60≤0.6010.5~12.01.40~1.801.50~2.000.35~0.500.18~0.30≤0.020≤0.030
复检0.130.220.5111.601.781.850.470.23//
表21Cr11Ni2W2MoV钢最终力学性能要求
热处理制度力学性能≥
淬火回火σb(MPa)σ0.2(MPa)δ5(%)ψ(%)HRCak(KJ/m2)
1000~1020℃
油或空淬660~690℃空冷885735155528.0~35.0885
540~600℃空冷1080885125033.5~41.5685
所颁QT31-WY90-131080930125040.5~33.5685
1Cr11Ni2W2MoV钢叶片的热加工工艺试验加热设备均采用RJX-45-9、RJX-75-13工业电炉。原材料装炉前应彻底清除电炉内异物,杜绝混料,按工艺要求校验控温仪表;为提高炉温均匀性,可采用炉门石棉隔热栅,有效率≥87%。
三、工艺试验
航空1Cr11Ni2W2MoV钢叶片热加工工艺规范的拟定,应严格按照HB5024-89《航空用钢锻件》中的技术规定执行,最终达到表2要求的力学性能。
1.锻造工艺
1Cr11Ni2W2MoV钢叶片锻造工艺试验方案如表3所示。
表31Cr11Ni2W2MoV钢叶片锻造工艺试验
叶片号锻件尺寸原材料尺寸变形程度
(锻造比)锻造工艺号
0T21-124×52×138φ50×1001.57
F1
0T21-2φ75×1303.54
F2
0T22-126×75×175φ95×1601.96/1.84
F3
0T22-2φ110×1202.63/1.84
0T2324×52×115φ65×1402.65
F2
0T6322×38×175φ53×752.63
F1
0T6422×40×145φ53×652.50
F1
表中:F1—单个毛坯一火锻造成形。
F2—一火锻造成形,再均匀切断为三件。
F3—二火锻造成形,即预锻后均匀切断为三件,再加热终锻成形。
在高温时,1Cr11Ni2W2MoV钢叶片的组织为奥氏体(A)及少量的δ-铁素体(F),具有良好的热塑性,易于压力加工。为避免组织粗大和δ-F含量过高,锻造的始锻和终锻温度不要太高。停锻后,锻件应置于灰箱中缓冷,防止龟裂发生。适宜的锻造工艺规范应为:850℃预热+(1140±20)℃始锻+(850~900)℃终锻/灰箱冷。
锻件的表面质量不允许有过烧裂纹和严重影响性能的其它缺陷存在;小裂纹、嵌入和成片的氧化皮必须全部清除;一般缺陷的存在均须保证锻件留有≥(2)/(3)的公称加工余量。在锻件的断口和酸浸试片上显示的低倍组织,不允许有白斑、白点、缩孔、气泡、翻皮、点针偏析和层状断口存在。一经发现严重质量问题,锻件应予报废。
2.热处理工艺
(1)预备热处理
1Cr11Ni2W2MoV钢叶片预备热处理即锻后热处理,目的是消除锻造加工缺陷和应力,改善其组织,促使充分**的碳化物固溶,并可保证所要求的力学性能(布氏硬度要求d=3.70~4.30)。预备热处理的工艺规范是:850℃预热(视装炉量)+(1000±10)℃正火/空冷+(740±10)℃回火/空冷或850℃预热+(740±10)℃回火/空冷。
(2)最终热处理
1Cr11Ni2W2MoV钢叶片最终热处理正确的工艺规范为:850℃预热(视装炉量)+(1010±10)℃淬火/油冷+(550~570)℃回火/空冷。
1)淬火1Cr11Ni2W2MoV钢淬火加热温度越高,碳化物溶解得越多,当加热至1000℃时,碳化物已全部溶解,若加热温度过高,就会产生过多的δ-F,使钢的性能恶化(主要是强韧性、疲劳性能、蠕变性能的降低)。因此,淬火加热温度应以保证既达到充分奥氏体化,但又只产生少量的δ-F为原则,以(1000~
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