固溶工艺对10Ni3MnCuAl钢组织和性能的影响

铭晨

10Ni3MnCuAl钢是我国应用最广泛的Ni-Al-Cu系时效硬化型预硬化塑料模具钢，该钢相当于日本大同特殊钢NAK80钢，具有更加优异的抛光性能、切削加工性能以及焊接性能。虽然我国对10Ni3MnCuAl钢开展了广泛生产试制及工艺研究，但是产品性能仍不尽理想，和日本大同特殊钢产品存在差距。为此，本课题通过10Ni3MnCuAl钢固溶工艺对其组织和性能的影响研究，获得可用于指导该钢预硬化的工艺制定。

试验材料采用电炉+LF+VD+电渣重熔生产，其化学成分（质量分数，%）为0.15C，0.26Si，1.56Mn，3.0Ni，0.89Cu，0.24Mo，0.013P，0.0007S，1.05Al，余量Fe。将钢材加工成不同尺寸要求的试样后进行固溶工艺处理，进行正交试验。针对不同温度，进行了800～940℃之间温度范围的试验研究；针对不同固溶时间，进行0.5～4h不同时间试验研究；针对不同冷却方式，进行了固溶空冷和固溶炉冷的对比试验。同时，进行了硬度、金相、晶粒度、冲击韧性、拉伸性能检验。结果表明：

（1）随着固溶温度升高，固溶硬度和冲击韧性呈现先升高后降低的趋势，最佳固溶温度出现在870℃。

（2）随着固溶时间延长，10Ni3MnCuAl钢在830～910℃之间的力学性能呈先升高后降低趋势，最佳固溶时间为2h。

（3）固溶冷却方式对10Ni3MnCuAl钢的组织和性能存在很大的影响。固溶空冷获得板条马氏体为主的组织，固溶炉冷获得粒状贝氏体为主的组织。板条马氏体具有比粒状贝氏体组织更优异的硬度、强度、塑性和韧性，尤其是冲击韧性。

（4）10Ni3MnCuAl钢在830～910℃固溶2h，具有更优异的力学性能：屈服强度达到872.7～894.2MPa，抗拉强度达到1313.0～1330.3MPa，断后伸长率达到14.0～14.5%，断面收缩率达到65.0%～66.3%，冲击功达到158～180J。