汽轮机用17-4PH钢叶片局部重溶、二次硬化研究.docx

    汽轮机用17-4PH钢叶片局部重溶、二次硬化研究    摘要：本文主要针对汽轮机动叶用17-4PH（0Cr17Ni4Cu4Nb）钢局部高频淬火重溶+时效的二次硬化方法进行试验研究，试验结果表明采用该方法能在不影响母材性能的前提下，提高母材局部6～9HRC硬度值，从而减缓动叶片水蚀，提高使用寿命关键词：汽轮机；动叶片；17-4PH；二次硬化我国汽轮机机厂家大型机组低压末级动叶片广泛采用Cr12型马氏体不锈钢，其工艺方法已形成较为完善的体系，常用的方法有高频淬火、镶嵌司太立合金片、电火花强化、激光熔敷、等离子淬火等[1]，高频淬火的工艺方法虽防护效果不具备优势，但生产效率高、工艺安全可靠，且成本优势明显其原理为通过快速加热及冷却进行局部淬火，达到晶粒细化效果从而提高叶片进气边硬度及耐蚀性但随着电力需求的迅猛发展，对于末级叶片选材及其经济性提出了更高的要求17-4PH钢在常规Cr12型马氏体不锈钢加入钼、钨、钛、铌等强化元素，这些元素能够形成一系列金属间化合物，时效时，在马氏体基体上析出这些金属间化合物，产生沉淀硬化，从而提高了钢的力学性能，且其耐蚀性也优于一般马氏体不锈钢选用此类马氏体沉淀硬化钢作为末级叶片的材料，能够减缓叶片水蚀现象的产生，提高使用寿命。

17-4PH材料叶片一般通过钎焊或堆焊司太立合金片方式进行防水蚀处理本文主要针对17-4PH（0Cr17Ni4Cu4Nb）马氏体沉淀硬化钢局部高频淬火重溶+时效处理工艺对其硬度及金相组织的影响进行试验研究1试验材料及方法试验用料采用17-4PH圆钢进行锻造，之后进行1040℃±10℃固溶、816℃±5℃稳定化、568℃±5℃时效处理达到性能要求原材料化学成分及热处理后性能如下表所示：表1试验用料化学成分要求[2]表2试验用料性能试样经过热处理后，加工成试板进行局部1040℃高频淬火、解剖分析、余料500℃×4h时效处理、解剖分析的试验流程解剖分析内容包括截面硬度分布、金相组织、晶粒度检查2试验结果2.1高频淬火后解剖结果试样经过局部高频淬火重溶后，进行解剖分析，硬度检查采用10kgf试验力进行维氏硬度试验，硬度分布如下图所示：图1试样高频淬火后截面硬度分布（HV10）高频淬火区硬度范围35～36HRC，基材硬度范围32～33HRC，淬硬区心部与表面硬度均匀，达到全淬透效果试样基体及淬硬区为均匀的马氏体组织，金相及晶粒度如下所示：图2试样局部高频淬火后显微组织（a）淬硬区500X；（b）基体500X2.2高频淬火+500℃时效后解剖结果对淬火后的试样进行500℃×4整体入炉时效后，再次进行解剖分析，硬度分布如下：图3试样高频淬火+时效后截面硬度分布（HV10）可以看出试样经500℃时效后，淬硬区硬度范围39～41HRC，基材硬度范围32～33HRC。

另试样组织为均匀的回火索氏体，金相及晶粒度如下所示：图4试样局部高频淬火+时效后显微组织（a）淬硬区500X，晶粒度8级；（b）基体500X，晶粒度6级；通过金相照片对比可以看出，淬硬区经过高频淬火快速加热和冷却过程，晶粒度明显得到细化，且从截面硬度分布可以看出经过500℃时效弥散强化后，淬硬区硬度达到HRC39～41，而由于二次硬化时效温度较毛坯时效温度568℃低，基材硬度并没有发生明显改变仍保持在HRC32～33范围3结论通过对17-4PH钢局部高频淬火重溶+500℃时效试验，可以得出以下结论：1）该材料经过局部高频淬火重溶+500℃时效后能达到局部二次硬化效果，硬度提高值在6～9HRC范围，而基体硬度维持在32～33HRC不变2）采用局部高频淬火重溶+时效硬化的方式，能够改善17-4PH钢局部金相组织，提高晶粒度并在保持基材性能的前提下提高叶片进气边的硬度值，从而达到防水蚀的效果参考文献：[1]高振桓，巩秀芳等.12Cr-4Ni-3Mo-V-Nb-N叶片钢高频淬火后回火硬化现象[J].东方汽轮机，2015,（1）:65-67[2]《金属材料技术手册》，东方汽轮机有限公司内部资料；  -全文完-。