回火温度对超高强度不锈钢的力学性能和微观组织的影响

　　0 引言

　　超高强度不锈钢具有优异的强韧性、高的比强度和高的固有疲劳强度，主要用于飞机主要的承力构件，如起落架、机翼主梁，随着航空主承力件的发展和科学研究的深入，起落架用超高强度不锈钢的研究非常必要和紧迫。一般来说，强度的提高总是伴随着韧性的降低，反之亦然，如美国曾研究的超高强度不锈钢AFC-77[1-4]，采用二次硬化机理可使抗拉强度达到1980MPa，但冲击韧度仅为31J/cm²，无法用作重要承力构件。因此优异的强韧性结合是超高强度钢发展的重要目标。北京航空材料研究院大炉试制出强度达1900MPa的超高强度不锈钢。经过多炉次的试验研究，其抗拉强度σ_b达到了300M钢或Aer-Met100钢的水平。本研究主要分析了该新材料不同回火温度下的力学性能、显微组织和奥氏体含量，为设计选材提供参考。

　　1 试样制备和试验方法

　　1.1 试验材料及热处理

　　试验用钢采用“双真空”熔炼工艺，自由锻，始锻温度为1150℃，终锻温度≥900℃，锻料经1080℃下标准热处理1h，油冷淬火，-73℃/2h 空冷回火，冷处理后，分别经200～650℃不同温度下回火4h。

　　1.2 力学性能测试方法

　　拉伸测试试样为d=10mm的标准短比例试样，按HB 1543—1996采用Instron 5887万能材料试验机测试抗拉强度、屈服强度、延伸率和断面收缩率。冲击韧性试样为标准夏比U 型缺口试样，按HB 1544—1996采用ZBC230全自动冲击试验机进行冲击试验。在A2000型洛氏硬度计上测量试样的洛氏硬度值，最大载荷为150kg。

　　1.3 微观组织测试方法

　　从冲击试样上切取金相试样，经研磨、抛光和硝酸酒精溶液浸蚀后在OLYMPUS PME3型金相显微镜上观察显微组织。物相分析用D8 Ad-vance 型X射线衍射仪，在JSM5600型扫描电镜上观察断口形貌。

　　2 试验结果和讨论

　　2.1 不同回火温度下力学性能和断裂特征

　　图1给出了实验用钢1080℃淬火后，回火温度对超高强度不锈钢力学性能的影响，从图1a可以看出，低于300℃回火时，随回火温度的升高，抗拉强度呈下降趋势，但幅度较小，且强度值基本与淬火后强度相当(图1中回火温度为0的点) 。随后随回火温度升高抗拉强度显著提高，在560℃下达到最大值1920MPa。在300℃以上回火屈服强度显著升高，在560℃下达到最大值1395MPa，560℃以上回火，抗拉强度和屈服强度显著下降。随回火温度的升高，屈强比也呈先升高后降低的趋势，且在560℃时达到峰值( 图1b) 。

　　从图1c中可见，回火温度为200℃时，延伸率和断面收缩率较淬火态有很大幅度的升高，但200～560℃ 范围内回火，延伸率和断面收缩率等塑性指标变化不大，回火温度上升至600℃，延伸率和断面收缩率等塑性指标降低至最低峰，而回火温度为540～560℃时，试验用钢在保证高抗拉强度下具有优良的塑性，此时延伸率和断面收缩率最高可达到14%和67%，硬度也达到最大值。且从这些指标看，560℃回火稍优于540℃回火，但冲击功随回火温度的升高，冲击功下降( 图1d)。在540℃回火时，冲击韧度在130J/cm²以上。560～600℃下回火时，冲击韧度降低至90～40J/cm²，下降幅度较大，故就其综合性能而言，540℃回火温度最佳。