阅读说明：本技术 提高棒材强韧性和力学性能均匀性的热处理方法 (Heat treatment method for improving strength, toughness and mechanical property uniformity of bar ) 是由 张帅 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及金属材料热处理技术领域,具体涉及提高棒材强韧性和力学性能均匀性的热处理方法,包括升温、保温、固溶、降温、冷处理、回复、时效硬化步骤,本发明提供PH13-8Mo棒材在批量制造时,提高材料强韧性和力学性能均匀性的简单易操作热处理工艺方法。(The invention relates to the technical field of metal material heat treatment, in particular to a heat treatment method for improving the strength and toughness and the mechanical property uniformity of a bar, which comprises the steps of heating, heat preservation, solid solution, cooling, cold treatment, recovery and age hardening, and provides a simple and easy-to-operate heat treatment process method for improving the strength and toughness and the mechanical property uniformity of a material when a PH13-8Mo bar is manufactured in batches.)

提高棒材强韧性和力学性能均匀性的热处理方法

技术领域

本发明涉及金属材料热处理技术领域，具体涉及提高棒材强韧性和力学性能均匀性的热处理方法。

背景技术

PH13-8Mo钢(国内牌号为0Cr13Ni8Mo2Al)是一种性能优良的马氏体沉淀硬化不锈钢，通过合金化与相变控制，可达到超高强度水平，因其具有优良的强度和韧性，特别是优良的耐中温性、耐蚀性和成型性等优点，已被广泛应用于航天航空、核反应堆和石油化工等领域。例如，用于大型固体火箭发动机、空客A380大飞机和***先进战斗机上中温耐蚀的重要承力紧固件、结构件等。

随着国家航天航空事业的大力发展，对大型固体火箭和航空飞行器关键部位用超高强度不锈钢紧固件的性能和稳定性要求越来越高，尤其在高强韧性方面，虽然国内外学者已经对PH13-8Mo马氏体沉淀硬化不锈钢组织性能控制进行了充分的研究，但在实际工业批量制造生产中，仍存在高强度和高韧性难以匹配以及力学性能均匀性较差的问题。

专利号CN201410649189.7公开了一种0Cr13Ni8Mo2Al钢热处理工艺方法，公开了在固溶处理和时效处理之间增加了冷处理步骤，

专利号CN201811381851.X公开了汽车用高韧性高强度铝合金轮毂及其制造方法，包括熔炼、精炼、浇铸、固溶处理、深冷处理、时效处理等步骤。

但现有技术中航天航空用PH13-8Mo材料超高强度紧固件用棒材(直径小于70mm)批量制造时仍存在高强度和高韧性难以匹配以及力学性能均匀性较差的缺陷。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了提高棒材强韧性和力学性能均匀性的热处理方法。

具体是通过以下技术方案来实现的：

提高棒材强韧性和力学性能均匀性的热处理方法，在固溶与时效硬化过程中增加冷处理步骤。

所述冷处理是将PH13-8Mo棒材置于0～1℃的冰水混合介质中，保护≥6h。

所述固溶是将PH13-8Mo棒材在910～940℃温度下固溶保温2～3h。

进一步的，提高棒材强韧性和力学性能均匀性的热处理方法，包括升温、保温、固溶、降温、冷处理、回复、时效硬化步骤。

所述升温速率≤180℃/h。

所述降温是将PH13-8Mo棒材空冷至室温。

所述室温的温度为23±10℃。

所述回复是将PH13-8Mo棒材以≤120℃/h的速率升温至510～550℃保温4h，再空冷。

所述PH13-8Mo棒材的直径小于70mm。

优选，所述PH13-8Mo棒材的化学成分以质量分数计为C0.03-0.05wt％，Mn为0.01-0.02wt％，Si0.02-0.06wt％，P0.002-0.004wt％，S0.001-0.002wt％，Cr12.0-12.7wt％，Ni8.3-8.4wt％，Mo2.0-2.5wt％，Al1.0-1.1wt％。

有益效果：

本发明在固溶与时效硬化步骤间增加了一次冷处理，减少了材料中残余奥氏体组织，促进马氏体充分转变，并细化马氏体板条组织，再通过提高时效温度后，保持材料超高强度的同时，提高韧性；另一方面，由于实际生产中很难控制固溶冷却时室内空气温度，利用PH13-8Mo材料固溶后马氏体体积分数与最终冷却温度有关的原理，通过增加一道0℃冷处理，确保时效处理时同一批次棒材的材料中马氏体体积分数基本相同，提高组织和力学性能均匀性；最后，本发明简单易操作，可在固溶冷却时室内空气温度不稳定和不可控以及无大型低温制冷设备的情况下实施。

本发明提供PH13-8Mo棒材在批量制造时，提高材料强韧性和力学性能均匀性的简单易操作热处理工艺方法。

附图说明

图1是本发明PH13-8Mo材料棒材(直径小于70mm)热处理工艺流程以及时间温度示意图；

图2是本实施例1的工艺流程以及时间温度示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

以下实施例采用的是PH13-8Mo材料锻棒，锻棒规格：φ65×670，数量：36件，化学成分见下表一：

表一：锻件化学成分(Wt/％)

元素	C	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Mo	Al
										含量	0.037	0.01	0.04	0.003	0.001	12.40	8.35	2.25	1.04

实施例1

本实施例的热处理方法包括：升温、保温、固溶、降温、冷处理、回复、时效硬化步骤；PH13-8Mo材料传统的热处理方法是采用固溶后直接时效处理；本发明采用在固溶后、时效前增加一道0～1℃的冷处理工序，促进残余奥氏体存转变为马氏体并提高时效温度，来保持材料超高强度的同时提高冲击韧性，并改善其批量制造时力学性能均匀性；如图1所示，本发明的热处理方法具体步骤包括：以≤180℃/h的速率控速升温至910～940℃，保温后出炉空冷至室温，之后将棒材浸入0～1℃的冰水混合介质中，保温6h后置于空气中回复至室温，然后以≤120℃/h的速率升温至510～550℃保温4h后出炉空冷进行时效处理，即完成PH13-8Mo材料棒材热处理工艺方法。

该锻棒锻后进行粗加工，UT探伤合格后进行固溶、冷处理、时效硬化处理，热处理方法时间和温度示意图件图2。

实施例2

本实施例的热处理方法包括：升温、保温、固溶、降温、冷处理、回复、时效硬化步骤；PH13-8Mo材料传统的热处理方法是采用固溶后直接时效处理；本发明采用在固溶后、时效前增加一道0℃的冷处理工序，促进残余奥氏体存转变为马氏体并提高时效温度，来保持材料超高强度的同时提高冲击韧性，并改善其批量制造时力学性能均匀性；如图1所示，本发明的热处理方法具体步骤包括：以150℃/h的速率控速升温至930℃，保温4h后出炉空冷至室温，之后将棒材浸入0℃的冰水混合介质中，保温6h后置于空气中回复至室温，然后以100℃/h的速率升温至530℃保温4h后出炉空冷进行时效处理，即完成PH13-8Mo材料棒材热处理工艺方法。

实施例3

本实施例的热处理方法包括：升温、保温、固溶、降温、冷处理、回复、时效硬化步骤；PH13-8Mo材料传统的热处理方法是采用固溶后直接时效处理；本发明采用在固溶后、时效前增加一道1.5℃的冷处理工序，促进残余奥氏体存转变为马氏体并提高时效温度，来保持材料超高强度的同时提高冲击韧性，并改善其批量制造时力学性能均匀性；如图1所示，本发明的热处理方法具体步骤包括：以150℃/h的速率控速升温至930℃，保温4h后出炉空冷至室温，之后将棒材浸入1.5℃的水介质中，保温6h后置于空气中回复至室温，然后以100℃/h的速率升温至530℃保温4h后出炉空冷进行时效处理，即完成PH13-8Mo材料棒材热处理工艺方法。

实施例4

本实施例的热处理方法包括：升温、保温、固溶、降温、冷处理、回复、时效硬化步骤；PH13-8Mo材料传统的热处理方法是采用固溶后直接时效处理；本发明采用在固溶后、时效前增加一道4℃的冷处理工序，促进残余奥氏体存转变为马氏体并提高时效温度，来保持材料超高强度的同时提高冲击韧性，并改善其批量制造时力学性能均匀性；如图1所示，本发明的热处理方法具体步骤包括：以150℃/h的速率控速升温至930℃，保温4h后出炉空冷至室温，之后将棒材浸入4℃的水介质中，保温6h后置于空气中回复至室温，然后以100℃/h的速率升温至530℃保温4h后出炉空冷进行时效处理，即完成PH13-8Mo材料棒材热处理工艺方法。

实施例5

本实施例的热处理方法包括：升温、保温、固溶、降温、冷处理、回复、时效硬化步骤；PH13-8Mo材料传统的热处理方法是采用固溶后直接时效处理；本发明采用在固溶后、时效前增加一道0℃的冷处理工序，促进残余奥氏体存转变为马氏体并提高时效温度，来保持材料超高强度的同时提高冲击韧性，并改善其批量制造时力学性能均匀性；如图1所示，本发明的热处理方法具体步骤包括：以150℃/h的速率控速升温至930℃，保温4h后出炉空冷至室温，之后将棒材浸入0℃的冷却液中，保温6h后置于空气中回复至室温，然后以100℃/h的速率升温至530℃保温4h后出炉空冷进行时效处理，即完成PH13-8Mo材料棒材热处理工艺方法。

在实施例1和实施例2中热处理后随机抽取两根锻棒在D/4处取样检测力学性能见表二：

表二：力学性能要求值和检测值

由表二可以看出，通过增加一道0℃冷处理，PH13-8Mo材料锻棒保持≥1517MPa超高强度同时，冲击韧性达到标准要求下限值的两倍，强韧性良好，并且不同锻棒力学性能差距较小，均匀性好。