点此下载——高硬度高耐蚀性Ni基合金DSA760的材料特性

高硬度高耐蚀性Ni基合金DSA760的材料特性

全荣

马氏体系不锈钢是接近60HRC硬度的高耐蚀性材料的代表，但其耐蚀性的潜能要比奥氏体系不锈钢差。最近，开发了充分运用氮的高氮马氏体不锈钢。该产品在含有氯化物的环境下，显示了非常良好的耐蚀性，但耐酸性腐蚀不充分。因为有相变点，所以高温下软化，是强磁性，而且不受不能用于非磁性用途的限制。作为耐蚀性优越的高硬度材料，还有时效硬化型钛合金，此外没有更接近60tHRC的材料。

日本大同特殊钢公司开发的DSA760具有高硬度和高耐蚀性，而且是非磁性的。该材料以Ni-38Cr-3．8Al(mass％)为基本成分，γ’相(Ni3Al)和αCr相复合析出，获得非常高的硬度。该析出形成起始于晶界的网格结构，即非连续析出反应，并受网格结构边界的Cr向晶界扩散的控制。由于这种特异的析出现象而获得高硬度的一方，在高温下成为γ单相组织，所以，可以作为热态加工的锻造材供货，并且在固溶化热处理状态也可以冷态加工。此外，因为是高Cr，所以对各种腐蚀环境均具有耐蚀性。DSA760没有相变点，高硬度可以持续到较高的高温，耐氧化性和耐高温腐蚀性优越，所以，还期待作为耐热材料应用。本文主要介绍DSA760的各种特性。

1  试验用料及试验方法

DSA760的基本成分由Ni-38Cr—3．8Al(mass％)组成，除此之外，为提高热态加工性，添加微量的B和Mg。真空溶解后，用于锻造和轧制用的材料。球状αCr相在完全不固溶的温度1373K或1423K进行3．6ks水冷的固溶热处理(以下简称为ST：1373材、ST：1423材)，一部分再用823K—1123K之间的温度进行86．4ks的时效热处理(AG)，经过这些处理后的材料用于评价。在10％草酸溶液中电解腐蚀后，用光学显微镜观察了各材料的显微组织。

首先，用直径6mm、长度9mm的试样，采用缓加压的冷态压缩试验，评价了固溶化热处理状态的冷态加工性。接着，对变化时效温度的时效热处理材，进行了JIS规定的硬度试验(Z2245)、拉伸试验(Z2241)和10R缺口的夏比冲击试验(Z2242)。ST：1．423K材采用848K时效热处理的试样，测量了1173K以下的高温硬度。为了评价耐蚀性，对ST：1423K材同样采用848K时效热处理的试样；进行室温下5％硫酸、1％盐酸溶液中浸渍21．6ks的浸渍试验，并在1073K进行了72ks的硫腐蚀和钒腐蚀的高温腐蚀试验(涂敷法)。各试验分别参考了JISG0578和JIS Z2292规定的方法。

2  试验结果

2．1  显微组织

图1是固溶热处理(ST)后及848K时效热处理后的显微组织。与以往报告的一样，ST：1373K材球状的αCr相残留多，晶粒也小，时效热处理后该球状αCr没有变化，晶粒内发现腐蚀为黑色的析出相。该析出相是由含有层片状的αCr和微细γ’相粒子的γ母相组成，有助于硬度提高。

2．2  固溶热处理材的冷态加工性

图2是固溶热处理材的冷态压缩的应力—应变曲线，图中还示出了固溶热处理状态的硬度。ST：1．423K材随着硬度变形应力也低，与比较材SUS304相比，在ST：1423K材中DSA760变形应力稍高。但是，所有的材料，包括ST：1373K材，在真应变1．2(相当于压缩率70％)时均没有发生裂纹，虽然DSA760是难加工材料，但是冷态的塑性加工是可以的。而且，也可以切削加工。

2．3  时效硬化

图3是时效温度对各固溶热处理材的时效硬化的影响。时效硬度在848K达到接近60HRC的峰值，超过该温度便逐渐下降。此外，固溶热处理后ST：1423材的硬度虽然低于94．9HRB，但各时效温度的硬度是ST：1423材高。这是ST：1373材固溶热处理量的球状αCr多，时效析出的层片状αCr相对减少的缘故。

2．4  时效热处理材的室温力学性能

图4是室温下时效温度对抗拉强度的影响。抗拉强度及0．2％屈服强度都与时效硬度的行为相同，但ST：1．423K材在约848K的峰值硬度附近，延展性基本为零，所以，产生早期断裂，强度自然比ST：1373K材低。这是因为ST：1373K材虽然几个百分点但也有延展性，在峰值硬度附近获得超过2200MPa的高强度。此外，即使在相同的时效温度也是ST：1373K材一方的伸长率和断面收缩率高。图5是抗拉强度和伸长率的关系。在强度相同时，ST：1373K材也获得高的延展性，强度—延展性平衡良好。换言之，重视硬度和强度时，适合ST：1473K的固溶热处理，但重视延展性时适合ST：1373K．的固溶热处理。与拉伸特性一样，图6是时效温度对10R缺口的夏比冲击功的影响。与抗拉强度一样，确认了在相同时效温度时，ST：1373K材一方冲击功高。认为ST：1373K材一方优越的韧延展性是因为晶粒更微细的原因。

2．5  高温硬度

对1173K以下的高温硬度进行了测量。并与Ni基超耐热合金的Waspaloyt udimet^®520(special Metals公司注册商标)的数据进行了比较。DSA760在973K以下具有比传统的超耐热合金更高的约500HV以上的高硬度。因此，有望用于要求高温耐磨损性的部件。但是，如果超过973K，硬度急剧下降，需要注意。

2．6  耐酸性

进行了室温下在5％硫酸、1％盐酸中的浸渍试验，并与SUS304及Inconel^®X750的数据进行了比较。比较材产生了腐蚀减量，而DSA760基本没有发生腐蚀减量，具有非常好的耐蚀性。认为虽然αCr相析出，但在母相中依然固溶着20%以上对耐蚀性有效的Cr。

2．7  耐高温腐蚀性

在1073K进行了硫腐蚀和钒腐蚀的试验。作为比较材，采用了多用于船用阀门的Nimonic^®80A(special Metals公司注册商标)。DSA760在硫腐蚀和钒腐蚀的试验中比Nimonic^®80A腐蚀减量少，耐高温腐蚀性优越。据此认为，如果用于引擎和工厂等各种恶劣的高温腐蚀环境下使用的部件，可以延长部件的使用寿命。

3  结语

开发的Ni基合金DSA760是可以冷态加工，并获得接近60HRC的硬度，对酸也具有良好耐蚀性特长的合金。因为是Ni基，非磁性。因此，有望用于腐蚀环境下的特殊轴承和耐磨损部件、螺丝等紧固件和医疗用部件等。高温硬度高，耐高温腐蚀性也优越，所以可以作为高温部件广泛应用。

但是，因为硬度和力学性能受周溶热处理温度的影响，所以，要求选择符合使用条件的处理温度。即，注重硬度及强度时，适合ST：1473K的固溶热处理；注重延展性时，适合ST：1323K的固溶热处理。