CN111500831A - 一种17-4ph基座的热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料热处理领域，具体涉及一种17‑4PH基座的热处理工艺。主要包括以下步骤：首先进行17‑4PH基座细化晶粒处理，然后依次进行固溶处理、调整处理、激光固溶和时效处理的热处理工艺，从而得到产品。本发明使用的调整和时效处理技术可以使马氏体组织呈细小化特征，使材料的组织均匀性得到提高，同时可避免贫铬区的形成，提高了耐海水腐蚀等复杂环境的能力，以及激光固溶表面技术可以在17‑4PH基座表面形成一层从表及里呈梯度分布的硬化层，可有效提高17‑4PH基座的硬度和基座的整体性。较好的耐腐蚀性能与较高的表面强度可使17‑4PH基座能更好的适应更为复杂的工作环境，从而提高工作效率及人员的安全性。

Description

一种17-4PH基座的热处理工艺

技术领域

本发明涉及材料热处理领域，具体涉及一种17-4PH基座的热处理工艺。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着科技的发展和社会的进步，海洋开发成为21世纪的重点研究领域。同时由于国家船舶工业和海军装备的需要，耐海水腐蚀材料，特别是高强度耐海水腐蚀金属材料的开发和应用成为材料领域的重要研究方向。

不锈钢（17-4PH）属于典型的低碳马氏体沉淀硬化型不锈钢，通过固溶处理产生马氏体相变并在后续时效过程中析出细小、弥散的ε-Cu等析出相提高其性能，因而具有高强度、高硬度以及良好的耐腐蚀性和耐氧化性，综合力学性能优异，而且易于加工成型和焊接。广泛应用于燃气轮机压气机叶片、航空航天、汽轮机叶片、核废物桶、平台基座等。但是17-4PH会随着服役时间的延长，可能产生热时效脆化、应力腐蚀或氢脆破裂。

基座机构应用在生活生产中的各个方面，风力发电、船舶、海上平台、信号基站等。由于其结构和性能的特异性，需要为其他结构提供支撑及稳定性。因此，要求基座具有足够的强度以及耐腐蚀性等，基座拥有良好的使用性能是保证各项工作正常进行以及人员安全的重要前提。

因此17-4PH不锈钢基座在保证整体综合力学性能的同时，对基座进行强化，对提高基座对复杂环境的适应性能、延长基座服役寿命具有重要意义。

近年来，随着金属热处理技术的不断发展，17-4PH不锈钢的固溶时效处理逐渐得到了广泛的应用，现有技术公开了一些采用固溶时效处理的17-4PH不锈钢的方法，如专利CN 104911317A公开了一种承压设备用17-4PH筒体产品的热处理工艺，通过固溶-时效处理得到了一种组织均匀、良好的强韧性、综合使用性能优异的17-4PH筒体。

专利CN108384927A公开了一种17-4PH材料的热处理方法，通过对17-4PH材料真空固溶和氮气环境下时效处理以及中间的多次低温调整处理，使17-4PH材料可以在更低温度工况下使用，进而使透平机械旋转部件在对应低温下，力学性能理想。

专利CN1844415A公开了一种17-4PH钢的表面处理方法，通过锻后退火基体和表面的固溶-时效处理提高17-4PH钢的抗应力腐蚀开裂和耐磨性。

专利CN109208058A公开了一种提高17-4PH材料防腐蚀性能的表面处理方法，通过在抛光液中进行电解抛光处理，再在氧化液中进行化学氧化处理，提高了螺钉的耐腐蚀性能。

专利CN110076344A公开了一种高表面精度17-4PH不锈钢组件座的制备方法，通过两种不同的17-4PH不锈钢粉末与粘结剂混合，再经过混粉、造粒、注射、脱脂、烧结等工序，提高了17-4PH不锈钢表面的精度和相对密度。

综上所述，虽然17-4PH不锈钢通过固溶和时效处理，具有良好的使用性能，但是由于整体高温固溶处理使零部件整体淬硬，容易发生断裂。零部件长期工作在恶劣的环境（海水、Cl^-）中，容易产生磨损、点蚀甚至疲劳断裂从而引起整体失效，影响机械的工作效率及安全运行。目前表面强化技术能基本满足零部件的综合性能要求，但同时也对零部件的表面状态有较为明显的改变，且较大的热输入也容易带来热裂纹、变形和精度不高等。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术性能改善有限，本发明公开了一种17-4PH基座的热处理工艺，本发明是以17-4PH基座，通过细化晶粒处理、固溶处理、调整处理、激光固溶表面和时效处理的热处理工艺，使17-4PH基座在具有足够高强度的同时具有一定的韧性，有效防止其疲劳断裂，提高17-4PH基座的可加工性能和焊接性能，以及通过调整和激光固溶处理，使17-4PH基座整体具有更好的的耐腐蚀性能，可以在复杂环境中长期使用，以及表面具有足够高的硬度，综合提升17-4PH基座的力学及使用性能。

为实现上述发明的目的，本发明公开如下的技术方案。

（1）根据所需17-4PH基座进行细化晶粒处理，得改性处理基体。

（2）对所述改性处理基体进行固溶处理，并水冷至室温，然后进行调整处理，并空冷至室温，得前驱体基体。

（3）接着对所述前驱体基体的基座表面进行激光固溶处理，后空冷至室温，使其表面形成硬化层，然后对17-4PH基座进行时效处理，然后空冷至室温，即得。

作为进一步的技术方案，步骤（1）中，所述细化晶粒热处理：加热温度650-700℃，保温时间1-3小时，接着空冷至室温。

作为进一步的技术方案，步骤（2）中，所述固溶处理为将17-4PH基座放入1040-1050℃气氛炉中保温2-4h，然后水冷至室温。固溶处理可以将Cu、Nb等元素固溶到奥氏体相内，基体在冷却时形成板条马氏体，在冷却过程中产生高密度位错。以便于后续时效过程中弥散的细小、共格的富铜相与高密度位错交互作用，使得17-4PH基座的强度得以提升。

作为进一步的技术方案，步骤（2）中，所述调整处理工艺为：在815-820℃下保温0.5-1h后空冷至室温。调整处理的目的降低合金元素在奥氏体中富集，抑制铬的析出，提高材料的整体抗腐蚀性。

作为进一步的技术方案，步骤（3）中，所述表面激光固溶处理，激光功率为1.8-2KW，扫描速度为1.0-1.2m/min，激光固溶表面处理使得基座表面形成厚度为2.5-3mm的硬化过渡层，有利于优化基座表面的硬度，同时更好的与基体过渡。

作为进一步的技术方案，步骤（3）中，所述时效处理工艺为：将17-4PH基座放置在470-480℃下保温4-6h，然后空冷至室温。调整处理后进行时效处理可使马氏体组织呈细小化特征，材料的组织均匀性得到提高，同时可避免贫铬区的形成，铬正是保证金属良好耐蚀性的关键，提高了17-4PH基座耐海水腐蚀等复杂环境的能力。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

（1）本发明采用的调整热处理工艺与时效处理相结合，提高马氏体转变温度Ms点，抑制铬以碳化物的形式析出，调整处理后进行时效处理可避免贫铬区的形成并使马氏体组织呈细小化特征，使得处理后的17-4PH基座组织均匀性增加，耐海水腐蚀等复杂环境的能力提高。

（2）本发明所采用的激光固溶表面处理工艺，提供表面快速加热、快速冷却的热循环比，较传统工艺更有利于铜等合金元素固溶与高密度位错形成，可有效提高17-4PH基座的硬度。同时激光固溶硬化层从表及里呈梯度分布，强化效果从表面到基体依次减弱，基座的整体性高。进一步的，较好的耐腐蚀性能与较高的表面强度可使17-4PH基座能更好的适应更为复杂的工作环境，从而提高工作效率及人员的安全性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为一种17-4PH基座示意图，图中：1为基座，2为通孔，3为标识区，4为固定孔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如，在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。

实施例1：

参考图1，一种17-4PH基座的热处理工艺，首先将17-4PH基座进行细化晶粒热处理：将17-4PH基座加热至650℃，保温时间1小时，并空冷至室温。接着将17-4PH基座放入1040℃气氛炉中保温2h进行固溶处理，并水冷至室温。之后进行调整处理工艺：在815℃下保温0.5h后空冷至室温。然后进行表面激光固溶处理，激光功率为1.8KW，扫描速度为1.0m/min。最后进行时效处理工艺：17-4PH基座在470℃下保温4h，然后空冷至室温。调整处理后进行时效处理使马氏体组织呈细小化特征，材料的组织均匀性得到提高，同时可避免贫铬区的形成，铬正是保证金属良好耐蚀性的关键，提高了耐海水腐蚀等复杂环境的能力。

实施例2：

首先以17-4PH基座进行细化晶粒热处理：将17-4PH基座加热至670℃，保温时间2小时，并空冷至室温。接着将17-4PH基座放入1040℃气氛炉中保温3h进行固溶处理，并水冷至室温。之后进行调整处理工艺：在816℃下保温0.7h后空冷至室温。然后进行表面激光固溶处理，激光功率为1.9KW，扫描速度为1.1m/min。最后进行时效处理工艺：17-4PH基座在475℃下保温5h，然后空冷至室温。调整处理后进行时效处理使马氏体组织呈细小化特征，材料的组织均匀性得到提高，同时可避免贫铬区的形成，铬正是保证金属良好耐蚀性的关键，提高了耐海水腐蚀等复杂环境的能力。

实施例3：

首先以17-4PH基座进行细化晶粒热处理：将17-4PH基座加热至680℃，保温时间2小时，并空冷至室温。接着将17-4PH基座放入1050℃气氛炉中保温3h进行固溶处理，并水冷至室温。之后进行调整处理工艺：在817℃下保温0.8h后空冷至室温。然后进行表面激光固溶处理，激光功率为1.9KW，扫描速度为1.2m/min。最后进行时效处理工艺：17-4PH基座在477℃下保温5.5h，然后空冷至室温。调整处理后进行时效处理使马氏体组织呈细小化特征，材料的组织均匀性得到提高，同时可避免贫铬区的形成，铬正是保证金属良好耐蚀性的关键，提高了耐海水腐蚀等复杂环境的能力。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所做的均等变化与改进等均应仍归属本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种17-4PH基座的热处理工艺，其特征在于，首先以17-4PH基座进行细化晶粒处理，然后依次进行固溶处理、调整处理、激光固溶和时效处理的热处理工艺，所述激光固溶处理会在17-4PH基座表面形成一层硬化层，使其综合力学性能达到基座使用要求。

2.根据权利要求1所述的一种17-4PH基座的热处理工艺，其特征在于，所述细化晶粒处理工艺为：将17-4PH基座加热至650-700℃，保温时间1-3小时，接着空冷至室温。

3.根据权利要求1所述的一种17-4PH基座的热处理工艺，其特征在于，所述固溶处理为：将17-4PH基座放入1040-1050℃气氛炉中保温2-4h，然后水冷至室温。

4.根据权利要求1所述的一种17-4PH基座的热处理工艺，其特征在于，所述调整处理工艺为：在815-820℃下保温0.5-1h，然后空冷至室温。

5.根据权利要求1所述的一种17-4PH基座的热处理工艺，其特征在于，所述表面激光固溶处理，激光功率为1.8-2KW，扫描速度为1.0-1.2m/min，硬化层厚度为2.5-3mm。

6.根据权利要求1所述的一种17-4PH基座的热处理工艺，其特征在于，所述时效处理工艺为：在470-480℃下保温4-6h，然后空冷至室温。

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