1Cr11Ni2W2MoV

1Cr11Ni2W2MoV

1Cr11Ni2W2MoV具有良好的综合力学性能，在航空工业中已广泛用于制造600℃以下工作的发动机叶片、盘、轴等重要零部件。

探讨了航空1Cr11Ni2W2MoV钢叶片热加工工艺与力学性能的关系。工艺试验结果表明，该钢的力学性能主要与锻造变形程度、尺寸效应、回火脆性和δ-F组织等因素有关。 关键词：航空发动机叶片；力学性能；锻造；热处理 一、前言 1Cr11Ni2W2MoV钢是在低碳的12%Cr钢中加入大量的W、Mo、V等缩小奥氏体相区的铁素体形成元素，使得钢具有马氏体相变硬化能力，所得到的一种新型马氏体耐热不锈钢。该钢具有良好的综合力学性能，在航空工业中已广泛用于制造600℃以下工作的发动机叶片、盘、轴等重要零部件。 本文主要探讨了航空1Cr11Ni2W2MoV钢叶片热加工工艺(锻造及热处理)与力学性能的关系。 二、原材料和工艺设备 航空1Cr11Ni2W2MoV钢叶片是重要的二级锻件。锻件用原材料电渣钢热轧棒必须符合YB675-7《航空用不锈钢及耐热钢钢棒》和HB5270-83《航空发动机转动件用高级优质不锈钢棒》等技术标准及有关所颁技术条件的规定；原材料经复检合格，拔皮去除表面缺陷后，方可投入使用。复检后的化学成份见表1，叶片的最终力学性能应达到表2的规定[1]。

表1 1Cr11Ni2W2MoV钢化学成分(wt%)

元素	C	Si	Mn	Cr	Ni	W	Mo	V	S	P
含量	0.10～0.16	≤0.60	≤0.60	10.5～12.0	1.40～1.80	1.50～2.00	0.35～0.50	0.18～0.30	≤0.020	≤0.030
复检	0.13	0.22	0.51	11.60	1.78	1.85	0.47	0.23	/	/

表2 1Cr11Ni2W2MoV钢最终力学性能要求

热处理制度		力学性能≥
淬火	回火	σb(MPa)	σ0.2(MPa)	δ5(%)	ψ(%)	HRC	ak(KJ/m2)
1000～1020℃ 油或空淬	660～690℃空冷	885	735	15	55	28.0～35.0	885
	540～600℃空冷	1080	885	12	50	33.5～41.5	685
	所颁QT31-WY90-13	1080	930	12	50	40.5～33.5	685

1Cr11Ni2W2MoV钢叶片的热加工工艺试验加热设备均采用RJX-45-9、RJX-75-13工业电炉。原材料装炉前应彻底清除电炉内异物，杜绝混料，按工艺要求校验控温仪表；为提高炉温均匀性，可采用炉门石棉隔热栅，有效率≥87%。 三、工艺试验 航空1Cr11Ni2W2MoV钢叶片热加工工艺规范的拟定，应严格按照HB5024-89《航空用钢锻件》中的技术规定执行，最终达到表2要求的力学性能。 1.锻造工艺 1Cr11Ni2W2MoV钢叶片锻造工艺试验方案如表3所示。

表3 1Cr11Ni2W2MoV钢叶片锻造工艺试验

叶片号	锻件尺寸	原材料尺寸	变形程度 (锻造比)	锻造工艺号
0T21-1	24×52×138	φ50×100	1.57	F1
0T21-2		φ75×130	3.54	F2
0T22-1	26×75×175	φ95×160	1.96/1.84	F3
0T22-2		φ110×120	2.63/1.84
0T23	24×52×115	φ65×140	2.65	F2
0T63	22×38×175	φ53×75	2.63	F1
0T64	22×40×145	φ53×65	2.50	F1

表中：F1—单个毛坯一火锻造成形。 F2—一火锻造成形，再均匀切断为三件。 F3—二火锻造成形，即预锻后均匀切断为三件，再加热终锻成形。 在高温时，1Cr11Ni2W2MoV钢叶片的组织为奥氏体(A)及少量的δ-铁素体(F)，具有良好的热塑性，易于压力加工。为避免组织粗大和δ-F含量过高，锻造的始锻和终锻温度不要太高。停锻后，锻件应置于灰箱中缓冷，防止龟裂发生。适宜的锻造工艺规范应为：850℃预热+(1140±20)℃始锻+(850～900)℃终锻/灰箱冷。 锻件的表面质量不允许有过烧裂纹和严重影响性能的其它缺陷存在；小裂纹、嵌入和成片的氧化皮必须全部清除；一般缺陷的存在均须保证锻件留有≥(2)/(3)的公称加工余量。在锻件的断口和酸浸试片上显示的低倍组织，不允许有白斑、白点、缩孔、气泡、翻皮、点针偏析和层状断口存在。一经发现严重质量问题，锻件应予报废。 2.热处理工艺 (1)预备热处理 1Cr11Ni2W2MoV钢叶片预备热处理即锻后热处理，目的是消除锻造加工缺陷和应力，改善其组织，促使充分聚集的碳化物固溶，并可保证所要求的力学性能(布氏硬度要求d=3.70～4.30)。预备热处理的工艺规范是：850℃预热(视装炉量)+(1000±10)℃正火/空冷+(740±10)℃回火/空冷或850℃预热+(740±10)℃回火/空冷。 (2)最终热处理 1Cr11Ni2W2MoV钢叶片最终热处理正确的工艺规范为：850℃预热(视装炉量)+(1010±10)℃淬火/油冷+(550～570)℃回火/空冷。 1)淬火1Cr11Ni2W2MoV钢淬火加热温度越高，碳化物溶解得越多，当加热至1000℃时，碳化物已全部溶解，若加热温度过高，就会产生过多的δ-F，使钢的性能恶化(主要是强韧性、疲劳性能、蠕变性能的降低)。因此，淬火加热温度应以保证既达到充分奥氏体化，但又只产生少量的δ-F为原则，以(1000～1020)℃最为适宜。该钢的淬硬性和淬透性好，<?φ200mm的工件均可淬透，故对类似于航空发动机叶片毛坯的薄壁件，为避免过快的冷却速度造成变形和开裂缺陷，采用油冷淬火效果较好。 2)回火1Cr11Ni2W2MoV钢叶片的回火是一个十分重要的工序，将对最终力学性能产生显著影响。该钢存在二个回火脆性区((350～530)℃和(600～670)℃)是回火工艺的难点。合适的回火温度范围很窄，稍有偏差就会使钢的冲击韧性下降，所以操作时应十分谨慎。根据1Cr11Ni2W2MoV钢叶片的工作条件，选定550～570℃的回火温度，可以获得最佳的综合力学性能。 四、试验结果 经过理化检验测试，1Cr11Ni2W2MoV钢叶片最终热处理后的力学性能如表4所示。

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