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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500X
2.2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；
作者简介：肖杰（1986-），男，工学学士，工程师，2008年毕业于哈尔滨工业大学材料成型及控制工程专业，任职于东方汽轮机有限公司，主要从事铸锻件热处理工艺研究。
论文作者:肖杰,王淑婧,刘锦滔,黄琰睿,王鹏坤,李波
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/18
标签：硬度论文; 时效论文; 试样论文; 局部论文; 金相论文; 晶粒论文; 叶片论文; 《基层建设》2019年第18期论文;