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T250馬氏體時效鋼晶粒細化熱處理

嘉峪檢測網        2021-02-18 23:16

20世紀80年代,國際鎳公司(INCO)研制出無鈷馬氏體時效鋼T250,該鋼在C250基礎上去掉Co元素,降低Mo含量,增加了Ti含量,性能接近C250。1995年,國內撫順特有限公司、鋼鐵研究總院與西安長峰機電研究所聯合成功研制國產T250鋼。目前,T250鋼憑借超高強度和較好的韌性,已廣泛應用于發動機燃燒室殼體。

 

某型號T250鋼發動機燃燒室殼體(以下簡稱“殼體”)由前后連接環和筒體組焊成形,是發動機上承受高溫、高壓的關鍵部件。試制殼體在水壓測試過程中發生開裂。

 

本文以水壓試驗過程中開裂的殼體為對象,通過光學顯微鏡和掃描電鏡觀察開裂部位的微觀形態、斷口形貌,分析了裂紋與金相組織的關系,找到造成水壓裂紋形成的直接原因,提出并驗證了預防水壓裂紋的熱處理措施。

 

一、試驗方法及結果分析

 

殼體加工工藝流程為:原材料→鍛造→毛坯固溶→一道次旋壓→道次間固溶→二道次旋壓→旋壓筒體時效→切頭組焊前后連接環→焊后時效。

 

本次失效分析針對該殼體熱加工過程進行,取樣編號,見表1。

 

表1  試樣標記

T250馬氏體時效鋼晶粒細化熱處理

 

1.1 掃描電鏡斷口分析

對取樣進行斷口掃描觀察(見圖1),Y1是非正常的脆性斷口,呈沿晶斷裂,組織非常粗大;Y2樣品斷口正常,屬于韌性斷口,主要以韌窩為主;1S、2S、SY2均為非正常的脆性斷口,呈沿晶斷裂;SY1是混合斷口,以準解理為主,伴隨著少部分沿晶斷裂,主要分布在夾雜物形成的孔洞處。

T250馬氏體時效鋼晶粒細化熱處理

圖1  斷口形貌觀察

1.2 金相分析

經金相觀察,試樣的晶粒都非常粗大,如圖2所示。Y1、Y2樣品的晶粒度分別為2.5級和2.0級,經過重新鍛造的1S和2S試樣的晶粒度為2級。產品狀態SY2的晶粒同樣非常粗大,晶粒度為1.5級。

T250馬氏體時效鋼晶粒細化熱處理

圖2  晶粒度

 

原始狀態Y1非正常斷裂的形式均為沿晶的脆性斷裂,主要是因晶粒和組織粗大而造成的,晶界處未發現析出相。

 

經過鍛造(1S、2S)和水壓試驗的(SY1、SY2)樣品經過熱加工后組織不僅沒有細化,個別的晶粒尺寸比鍛造以前還要粗大,說明鍛造工藝存在問題,或鍛打次數和終鍛溫度存在問題,沒能夠細化組織,造成沿晶脆性斷裂。

 

二、改進措施及效果驗證

 

針對馬氏體時效鋼,分別采用一次正火和雙重正火處理的方式細化晶粒。將原有試樣重新編號,按照新的熱處理制度再次進行處理,見表2。

 

表2  試樣熱處理制度

T250馬氏體時效鋼晶粒細化熱處理

 

經過正火處理后,試樣晶粒度有明顯的改善,并且雙重正火的晶粒細化效果明顯好于一次正火。正火處理細化的金相組織如圖3所示,晶粒度的評級結果見表3。通過正火處理,在金相組織中,未發現晶界處存在析出相。

T250馬氏體時效鋼晶粒細化熱處理

圖3  金相組織

 

表3  晶粒度評級結果  (級)

T250馬氏體時效鋼晶粒細化熱處理

 

通過上述試驗論證,將同批鍛件加工流程調整為:(原材料→鍛造)→雙重正火→毛坯固溶→一道次旋壓→道次間固溶→二道次旋壓→旋壓筒體時效→切頭組焊前后連接環→焊后時效。

 

對加工殼體逐件進行水壓試驗,采用上述流程加工的殼體,水壓期間未出現開裂失效及其他失效現象,滿足設計水壓相關要求。

 

三、結束語

 

1)殼體材料晶粒粗大是造成殼體水壓開裂失效的直接原因。

 

2)T250馬氏體時效鋼通過正火處理,可以細化晶粒。

 

3)T250馬氏體時效鋼采用雙重正火細化晶粒的效果,優于一次正火。

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來源:熱處理生態圈

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