HK30不銹鋼是一種應(yīng)用廣泛的耐熱奧氏體不銹鋼。 其含碳量約為0.3%。 由于在鉻、鎳的基礎(chǔ)上添加了能量等強(qiáng)化元素，具有良好的耐高溫性能。 目前渦輪增壓器上的葉片多采用HK30耐熱不銹鋼。 注射成型制備HK30耐熱不銹鋼具有精度高、性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有前途的制備方法。 但是，目前在注塑HK30耐熱不銹鋼的實(shí)際燒結(jié)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)較大的晶粒。 它對(duì)材料的力學(xué)性能有著至關(guān)重要的影響。 因此，確定大晶粒對(duì)HK30耐熱不銹鋼性能的具體影響對(duì)其生產(chǎn)和應(yīng)用十分重要。 以往的研究表明，晶粒尺寸對(duì)材料的力學(xué)性能有顯著影響。 李輝等人發(fā)現(xiàn)，晶粒尺寸對(duì)22Mn-13Cr-5Ni-0.25N奧氏體鋼的應(yīng)變硬化率和斷裂行為有顯著影響。 杜維義4等發(fā)現(xiàn)：隨著晶粒尺寸的增大，不銹鋼管的常溫抗拉強(qiáng)度和高溫抗拉強(qiáng)度均有下降趨勢(shì)。 蔡明子[5]研究了超細(xì)304不銹鋼的晶粒長(zhǎng)大行為和力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)試樣的屈服強(qiáng)度隨著晶粒尺寸的減小而增加。 目前關(guān)于晶粒尺寸對(duì)HK30耐熱奧氏體不銹鋼力學(xué)性能影響的文獻(xiàn)報(bào)道較少。 為此，筆者采用HK30不銹鋼粉末為原料，采用注塑成型工藝，在1290℃下對(duì)HK30不銹鋼進(jìn)行燒結(jié)，使HK30不銹鋼在不同的保溫溫度和保溫時(shí)間下長(zhǎng)晶，得到不同晶粒尺寸的樣品. ，研究晶粒尺寸對(duì)其力學(xué)性能的影響，研究其奧氏體晶粒長(zhǎng)大的規(guī)律。

1 樣品制備及實(shí)驗(yàn)方法 1.1 樣品制備

實(shí)驗(yàn)采用本公司氣霧化生產(chǎn)的HK30不銹鋼粉為原料，原料粉的元素組成見(jiàn)表1。

實(shí)驗(yàn)所用粉體負(fù)載量為60%，原料粉與結(jié)合劑混煉

1.2 燒結(jié)工藝

上機(jī)混合3h，混合溫度155℃，粉體與粘結(jié)劑混合均勻后即可投料

脫脂體在1290℃燒結(jié)，保溫時(shí)間為2h。燒結(jié)設(shè)備為

使用造粒機(jī)將材料造粒以進(jìn)一步均勻化，并獲得適用于注塑成型的化合物

真空爐，實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度與爐內(nèi)實(shí)際溫度差在±2.5℃以內(nèi)，

顆粒飼料。將配好的飼料放入烘箱中烘干8小時(shí)左右，取出

接合氣氛為氬氣氛。

飼料中的水分。將飼料加入注塑機(jī)的進(jìn)料口，通過(guò)調(diào)節(jié)

采用阿基米德排水法檢測(cè)燒結(jié)樣品的密度；

料溫、模具溫度、注射速度、注射壓力等各種參數(shù)，以便獲得所需的成型。

對(duì)于相同范圍（7.50~7.60 gfcm）的樣品，將樣品放入加熱爐中至預(yù)定溫度

所需的無(wú)缺陷 HK30 生坯。

高溫保溫預(yù)定時(shí)間后取出，迅速將樣品放入水中快速冷卻保存

●化學(xué)成分：

●機(jī)械性能：

抗拉強(qiáng)度σb（MPa）：≥450

條件屈服強(qiáng)度σ0.2（MPa）：≥240

伸長(zhǎng)率δ5（%）：≥10

●物理性能：

密度：7.9 – 8.2 克/立方厘米

熱膨脹系數(shù) α：1.7E-5-1.9E-5 1/K 在 20°C

熔點(diǎn) Tm：1375 至 1450°C

20°C 時(shí)的比熱 cp 440 J/(kg K)

20°C 時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù) λ 11-21 W/(m·K)

其原始奧氏體晶界，在實(shí)驗(yàn)溫度和時(shí)間下觀察其奧氏體晶粒長(zhǎng)大

1150℃以后，隨著加熱溫度的升高，奧氏體晶粒的平均尺寸開始迅速增大。

健康）狀況。 具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)：加熱溫度為900、950、1000、1050、1100。

強(qiáng)改善。 有研究2認(rèn)為，1000℃以下晶粒生長(zhǎng)緩慢是由于Fe

1150、1200、1250℃，保溫時(shí)間0、3、6、9、12 h。取樣

與Cr等元素形成的碳化物在1000℃以下在奧氏體晶界中起作用。

樣品研磨拋光后，用硝酸+鹽酸溶液腐蝕晶界。徠卡金相顯微鏡觀察

有效釘扎效應(yīng)阻礙晶界遷移，奧氏體晶粒長(zhǎng)大本質(zhì)

觀察腐蝕后燒結(jié)坯料的顯微組織，采用直線截距法（執(zhí)行

它是晶界的遷移，所以碳化物能有效地阻礙晶粒長(zhǎng)大。

依據(jù)GB/T6394-2017標(biāo)準(zhǔn)），拉伸強(qiáng)度采用力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)定

鋼在加熱過(guò)程中發(fā)生奧氏體相變后，奧氏體晶界在晶粒內(nèi)長(zhǎng)大

度，拉伸速度為2.0mm/min。

在驅(qū)動(dòng)力的作用下會(huì)發(fā)生遷移，最終導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

在相同條件下，奧氏體晶粒長(zhǎng)大速率可用下式l6表示：

2.1 保溫溫度對(duì)HK30晶粒尺寸的影響

V=-exp (-o/RT)oD

如圖1所示，HK30耐熱不銹鋼在不同溫度下保溫12小時(shí)。

式中：k為常數(shù)o為晶界遷移活化能（J/mol），R為氣體常數(shù)

晶粒形貌，晶粒形貌呈等軸狀，隨著加熱溫度的升高，奧氏體晶粒

(8.31 J/(mol'K))，T為絕對(duì)溫度(K)，d為奧氏體晶粒平均直徑(pum)，

晶粒經(jīng)過(guò)了明顯長(zhǎng)的天數(shù)。同時(shí)，圖 1 (a)、(b)、(c) 中的晶粒尺寸不均勻

o 是界面能 (J/mol)。

對(duì)比圖l(f)、(g)、(h)，晶粒尺寸比較均勻，奧氏體級(jí)界比較平整

由上式可知，奧氏體晶粒長(zhǎng)大速度與保溫溫度呈指數(shù)關(guān)系，

平直，許多相交晶界英角接近120℃，形狀比較穩(wěn)定。 圖 2

在保溫時(shí)間一定的情況下，隨著保溫溫度的升高，奧氏體晶粒

圖為保溫12h時(shí)奧氏體晶粒平均尺寸隨加熱溫度的變化曲線。

平均尺寸還應(yīng)與保溫溫度呈指數(shù)關(guān)系，如圖2所示，保溫12小時(shí)

從圖2可以看出，在相同的保溫時(shí)間下，加熱溫度越高，奧氏體組織

平均晶粒尺寸與不同保溫溫度的關(guān)系曲線，晶粒一目了然

平均晶粒尺寸越大，晶粒長(zhǎng)大速度越快。從圖2曲線的趨勢(shì)看

平均尺寸數(shù)據(jù)呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，符合上式所呈現(xiàn)的規(guī)律。

可以看出，奧氏體晶粒的平均尺寸與加熱溫度大致呈指數(shù)關(guān)系。存在

李偉 2 等研究了鋼在不同加熱溫度和保溫時(shí)間下的奧氏性能。

1000℃之前，奧氏體晶粒的平均尺寸隨加熱溫度變化緩慢，且長(zhǎng)大趨于

的晶粒長(zhǎng)大規(guī)律，研究結(jié)果表明鋼的奧氏體晶粒尺寸

趨勢(shì)不明顯：1000℃以后，奧氏體晶粒長(zhǎng)大速度開始加快：

隨著加熱溫度的升高呈指數(shù)增長(zhǎng)，這與本文得到的結(jié)論相似。

從圖中可以看出，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)不銹鋼換熱管晶粒度要求，奧氏體晶粒大致呈拋物線長(zhǎng)大。 在相同的保溫溫度下，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，晶粒的平均尺寸越大，且隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒長(zhǎng)的趨勢(shì)越來(lái)越慢。 從圖中還可以看出，在不同的保溫溫度下，保溫時(shí)間對(duì)晶粒尺寸的影響不同，溫度越高，保溫時(shí)間對(duì)晶粒尺寸的影響越大。

在等溫生長(zhǎng)條件下，奧氏晶粒的平均尺寸與時(shí)間的關(guān)系可以用貝克方程I7來(lái)描述：

d-do=kP

式中，α為保溫時(shí)間為t時(shí)的平均粒徑（Jum），do為原晶粒的平均直徑（um），k為常數(shù)，i為保溫時(shí)間（s），n為晶粒生長(zhǎng)指數(shù)

利用本文的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由式（1）得到ln(d-do)-Int關(guān)系曲線（如下圖所示）。 可以看出ln(d-do)和Int之間存在很好的線性關(guān)系。 在1250℃～1150℃溫度范圍內(nèi)，奧氏體晶粒隨保溫時(shí)間的變化符合Beck方程。 同時(shí)，從圖中還可以發(fā)現(xiàn)，隨著加熱溫度的升高不銹鋼換熱管晶粒度要求，晶粒長(zhǎng)大指數(shù)n有增大的趨勢(shì)。 可以計(jì)算出1250℃、1200℃、1150℃溫度下對(duì)應(yīng)的n值分別為0.72、0.50、0.44，即溫度越高，晶粒生長(zhǎng)速度越快，這與左圖反映的規(guī)律是一致的。 周超⒅等研究了鋼中奧氏體晶粒長(zhǎng)大的動(dòng)力學(xué)，研究結(jié)果與本文得到的趨勢(shì)相似。返回搜狐查看更多