17‑4PH عملية معالجة حرارة الفولاذ المقاوم للصدأ

1. مقدمة

17‑4PH الفولاذ المقاوم للصدأ يبرز كقوة هطول الأمطار (الرقم الهيدروجيني) سبيكة تمزج مقاومة التآكل بقوة عالية.

يتكون من 15-17.5 % الكروم, 3-5 % النيكل, 3-5 % نحاس, و 0.15-0.45 % نيوبيوم, إنه ينتمي إلى عائلة الفريتية.

بالتالي, يوظفها الشركات المصنعة في قطاعات مطالبة مثل Aerospace (دبابيس الهبوط), البتروكيماويات (صمام تقليم), والأدوات (القوالب ويموت).

في هذه المقالة, سوف نتعمق في دورة علاج الحرارة الكاملة, تغطية الحل الصلب, علاج التكيف, شيخوخة, والتطور المجهرية.

2. خلفية المواد & أساس المعادن

17- 4PH ينتمي إلى ferritic - martensitic فئة من الفولاذ المقاوم للصدأ, الجمع بين رباعي يركز على الجسم (الفريق القتالي) مصفوفة مارتينيسيتي مع مراحل هطول الأمطار من أجل القوة.

التركيب الكيميائي

عنصر	يتراوح (بالوزن ٪)	الدور الأساسي في السبائك
كر	15.0-7.5	يشكل فيلمًا سلبيًا وقائيًا من أجل مقاومة التآكل ومقاومة التآكل
في	3.0-5.0	يستقر الأوستينيت المحتجز, تحسين المتانة والليونة
النحاس	3.0-5.0	يترسب كـ ε - cu أثناء الشيخوخة, تعزيز قوة العائد بما يصل إلى 400MPa
ملحوظة + مواجهة	0.15-0.45	صقل حجم الحبوب وربط الكربون مثل NBC, منع تشكيل كربيد الكروم
ج	≤0.07	يساهم في صلابة المارتينيت ولكنه ظل منخفضًا لتجنب الكربود المفرطة
من	≤1.00	بمثابة استقرار أوستنيت وديسيدير; يقتصر الفائض على منع تكوين التضمين
و	≤1.00	بمثابة ديكسيدز أثناء الانصهار; يمكن أن تشكل الفائض السيليسيدات الهشة
ص	≤0.04	يعتبر عمومًا شوائب; أبقى منخفضًا لتقليل التسلل إلى الحد الأدنى
س	≤0.03	يمكن أن يحسن الكبريت قابلية الآلات ولكنه يقتصر على منع التثبيت الساخن وخفض المتانة
الحديد	توازن	عنصر المصفوفة الأساسية, تشكيل العمود الفقري فيريتي/مارتينيت

بالإضافة إلى, يسلط مخطط مرحلة Fe -Cr -Ni -Cu الضوء على درجات حرارة التحول الرئيسية.

بعد الحل الصلب أعلاه 1,020 درجة مئوية, تغيير سريع يحول الأوستينيت إلى martensite, ببداية مارتينيت (م) قريب 100 ° C والانتهاء (m_f) حوالي -50 درجة مئوية.

بالتالي, ينتج عن هذا الإرادة مصفوفة مارتينيت غير مشبعة بالكامل بمثابة أساس لتصلب هطول الأمطار اللاحق.

3. أساسيات المعالجة الحرارية

يشتمل المعالجة الحرارية لـ 17‑ 4PH:

1. الصلب الحل (الحالة أ): يذوب رواسب النحاس والنيوبيوم في الأوستينيت وينتج martensite غير المشبعة عند التبريد.
2. تصلب هطول الأمطار (شيخوخة): تشكل النحاس - الغري.

من وجهة نظر الديناميكية الحرارية, يعرض النحاس قابلية ذوبان محدودة في درجة حرارة عالية ولكنها تترسب أدناه 550 درجة مئوية.

حركية, ε - O. 480 درجة مئوية, مع دورات الشيخوخة النموذجية توازن التوزيع الراسخ الدقيق ضد النمو الزائد أو الغزو.

4. الصلب الحل (الحالة أ) من 17‑ 4PH من الفولاذ المقاوم للصدأ

الحل الصلب, يشار إلى AS الحالة أ, هي مرحلة حرجة في عملية معالجة الحرارة من الفولاذ المقاوم للصدأ 17-4 في الساعة.

هذه الخطوة تستعد للمواد للشيخوخة اللاحقة من خلال إنشاء مصفوفة مارتينيت متجانسة ومفرطة.

تحدد فعالية هذه المرحلة الخصائص الميكانيكية النهائية ومقاومة التآكل للصلب.

الغرض من الحل الصلب

• حل عناصر صناعة السبائك سوه كما هو الحال مع, ملحوظة, و Ni في المصفوفة الأوستنيتية في درجة حرارة عالية.
• تجانس البنية المجهرية للقضاء على الفصل والضغوط المتبقية من المعالجة السابقة.
• تسهيل التحول martensitic أثناء التبريد لتشكيل قوي, قاعدة مارتينيسيت غير مشبعة لتصلب هطول الأمطار.

معلمات المعالجة الحرارية النموذجية

المعلمة	نطاق القيمة
درجة حرارة	1020-1060 درجة مئوية
وقت نقع	30-60 دقيقة
طريقة التبريد	تبريد الهواء أو تبريد الزيت

درجات حرارة التحول

انتقال المرحلة	درجة حرارة (درجة مئوية)
ac₁ (بداية أوستنيت)	~ 670
ac₃ (أكمل ustenitization)	~ 740
م (بداية مارتينيت)	80-140
m_f (الانتهاء من martensite)	~ 32

نتائج البنية المجهرية

بعد علاج الحل والإخماد, تتضمن البنية المجهرية عادة:

• Lath Lath Martensite منخفض الكربون (المرحلة الأولية): غير مشبع مع Cu و NB
• تتبع الأوستينيت المتبقية: أقل من 5%, ما لم يتم إخمادها ببطء شديد
• الفريت في بعض الأحيان: قد تتشكل إذا كانت محمومة أو تبريدها بشكل غير صحيح

إن علاج الحلول جيدًا يعطي غرامة, martensite لوث موحد مع عدم وجود هطول كربيد الكروم, وهو أمر ضروري لمقاومة التآكل وتصلب هطول الأمطار اللاحق.

آثار درجة حرارة الحل على الخصائص

• <1020 درجة مئوية: إن الذوبان غير المكتمل لسبائك كربيدز يؤدي إلى صلابة أوستنيت منخفضة غير متساوية.
• 1040 درجة مئوية: الصلابة والهيكل الأمثل بسبب انحلال كربيد كامل دون نمو في الحبوب المفرط.
• >1060 درجة مئوية: انحلال الكربيد المفرط, زيادة أوستنيت المحتجزة, تشكيل الفريت, والحبوب الخشنة تقلل من الصلابة والأداء النهائي.

دراسة دراسة: عينات الحل المعالجة في 1040 أظهر درجة مئوية أعلى صلابة (~ 38 HRC) وأفضل التوحيد, حسب التحليل المعدني.

5. تصلب هطول الأمطار (شيخوخة) ظروف الفولاذ المقاوم للصدأ 17-4 في الساعة

تصلب هطول الأمطار, المعروف أيضا باسم شيخوخة, هي المرحلة الأكثر أهمية في تطوير الخواص الميكانيكية النهائية من الفولاذ المقاوم للصدأ 17-4.

بعد الحل الصلب (الحالة أ), تعرض علاجات الشيخوخة الجسيمات الدقيقة-المراحل الغنية بالنحاس-التي تعرقل حركة الخلع وزيادة القوة والصلابة بشكل كبير.

الغرض من شيخوخة العلاج

• ل ترسيب المركبات المتداخلة النانوية (أساسا ε-cu) داخل مصفوفة مارتينيتيك.
• ل تعزيز المادة عن طريق تشتت الجسيمات, تحسين العائد وقوة الشد.
• ل خصائص ميكانيكية وتآكل بدرجات حرارة ووقت متفاوتة.
• لتحقيق الاستقرار في البنية المجهرية وتقليل الأوستينيت المحتجز من حلول الحلول.

شروط الشيخوخة القياسية

يتم تعيين علاجات الشيخوخة من قبل شروط "H", مع كل تعكس درجة حرارة/دورة زمنية محددة. أكثر ظروف الشيخوخة شيوعًا:

آليات التعزيز

• رواسب الطور الغني بالنحاس شكل أثناء الشيخوخة, عادة ~ 2-10 نانومتر في الحجم.
• هذه الجسيمات خلع دبوس, تثبيط تشوه البلاستيك.
• يخضع تشكيل الترسب حركية النواة والانتشار, تسارع في درجات حرارة أعلى ولكن مما يؤدي إلى جزيئات خشونة.

المفاضلات بين الظروف

يعتمد اختيار حالة الشيخوخة المناسبة على التطبيق المقصود:

• H900: القوة القصوى; مناسبة لتطبيقات الفضاء أو الأدوات عالية التحميل, ولكن قلل من صلابة الكسر ومقاومة SCC.
• H1025 أو H1150: تعزيز المتانة ومقاومة التآكل; يفضل لصمامات البتروكيماويات, الأجزاء البحرية, وأنظمة الضغط.
• الشيخوخة المزدوجة (H1150-D): ينطوي على الشيخوخة في 1150 درجة مئوية مرتين, أو بخطوة ثانوية أقل (على سبيل المثال, H1150m); تستخدم لزيادة تحسين الاستقرار الأبعاد ومقاومة تآكل الإجهاد.

العوامل التي تؤثر على فعالية الشيخوخة

• علاج الحل السابق: مصفوفة martensitic موحدة تضمن حتى هطول الأمطار.
• معدل التبريد بعد الحل: يؤثر.
• السيطرة على الجو: ظروف الغاز الخامل أو الفراغ تقلل من الأكسدة أثناء الشيخوخة.

شيخوخة المضافة المصنعة 17-4 في الساعة

بسبب الهياكل المجهرية الفريدة (على سبيل المثال, الاحتفاظ Δ-frrite أو الضغوط المتبقية), AM 17-4PH قد تتطلب دورات شيخوخة مخصصة أو التجانس الحراري خطوات قبل الشيخوخة القياسية.

تظهر الدراسات ذلك H900 الشيخوخة وحدها قد لا تحقق تصلب هطول الأمطار الكامل في أجزاء AM دون معالجة مسبقة.

6. علاج التكيف (علاج الطور)

في السنوات الأخيرة, قدم الباحثون أولي علاج التكيف, المعروف أيضا باسم علاج الطور, قبل الخطوات التقليدية ، الخطوات الإلغاء والشيخوخة للفولاذ المقاوم للصدأ 17-4 في الساعة.

هذه الخطوة الإضافية تحول عن عمد بداية مارتينيت (م) والانتهاء (m_f) درجات حرارة التحول,

إنشاء مصفوفة مارتينسيتي الدقيقة وتعزيز أداء المقاومة الميكانيكية والتآكل بشكل كبير.

الغرض والآلية.

يتضمن علاج التعديل الاحتفاظ بالفولاذ في درجة حرارة أقل بقليل من نقطة التحول الحرجة (عادة 750-820 درجة مئوية) لوقت محدد (1-4 ح).

خلال هذا الحجز, ينتج التحول العكسي الجزئي كمية محكومة من الأوستينيت العودة.

نتيجة ل, تبريد "الأقفال" اللاحقة "مزيجًا أكثر اتساقًا من martensite والاحتفاظ بالأوستينيت, مع عروض الخمر تتقلص من متوسط 2 ميكرومتر إلى 0.5-1 ميكرون.

الفوائد الميكانيكية.

عندما يطبق المهندسون نفس الحل - (1,040 ° C × 1 ح) والشيخوخة القياسية H900 (482 ° C × 1 ح) بعد ذلك, يلاحظون:

• أكثر من 2 × أعلى من صلابة التأثير, زيادة من ~ 15 ي إلى أكثر 35 J في -40 درجة مئوية.
• مكاسب قوة العائد من 50-100 ميجا باسكال, مع الهامشية فقط (5-10 %) انخفض في الصلابة.

هذه التحسينات تنبع من أدق, شبكة martensitic المتشابكة التي تفجر بدء التشغيل وينشر التشوه بشكل أكثر توازنا.

تحسينات مقاومة التآكل.

هو euart في سن مبكرة., 17‑4PH عينات خضعت للشيخوخة المباشرة أو التعديل المباشر + شيخوخة, ثم غمرت في مياه البحر الاصطناعية.

اختبارات كهروكيميائية - مثل منحنيات الاستقطاب وطيفيات المعاوقة - تربط بعينات المعالجة التي عولجتها التعديل:

• أ 0.2 v إمكانات التآكل النبيلة (e_corr) من نظيرات العمر المباشر,
• أ 30 % انخفاض معدل التآكل السنوي, و
• تحول في إمكانية تأليف (e_pit) بواسطة +0.15 V, مما يشير إلى مقاومة أقوى.

نسب تحليل مفيدة هذا السلوك إلى القضاء على المناطق المنقولة بالكروم عند حدود الحبوب.

في العينات المعالجة, يبقى الكروم موزعة بشكل موحد, تحصين الفيلم السلبي ضد هجوم الكلوريد.

تحسين الوقت ودرجة الحرارة.

قام الباحثون أيضًا بالتحقيق في كيفية تأثير معلمات التعديل المتغيرة:

• أطول (ما يصل الى 4 ح) مزيد من صقل المخورات المارتينية ولكن هضبة في الصلابة وراء 3 ح.
• ارتفاع درجات حرارة التكيف (ما يصل الى 820 درجة مئوية) تعزيز قوة الشد النهائية بمقدار 5-8 % لكن انخفاض الاستطالة بمقدار 2-4 %.
• بعد الولادة الشيخوخة في درجات حرارة أعلى (على سبيل المثال, H1025, 525 درجة مئوية) يخفف المصفوفة ويعيد ليونة دون التضحية بمقاومة التآكل.

7. التطور المجهرية

أثناء الشيخوخة, تتحول البنية المجهرية بشكل كبير:

• ε -مع ترسب: كروي, 5-20 نانومتر في القطر; أنها تعزز قوة العائد من خلال ما يصل إلى 400 MPa.
• ni ₃ و cr₇c₃ carbides: مترجمة عند حدود الحبوب, هذه الجسيمات تستقر على البنية المجهرية ومقاومة التوخود.
• عاد أوستنيت: يعزز علاج التعديل ~ 5 % احتفظ أوستنيت, الذي يحسن صلابة الكسر 15 %.

تؤكد تحليلات TEM تشتت ε - Cu في H900, في حين أن عينات H1150 تظهر حزما جزئيا, التوافق مع قيم الصلابة المنخفضة.

8. الخواص الميكانيكية & أداء الفولاذ المقاوم للصدأ 17-4 في الساعة

يعد الأداء الميكانيكي للفولاذ المقاوم للصدأ 17-4 في الساعة واحدة من أكثر سماته إقناعًا.

مزيج فريد من القوة العالية, صلابة جيدة, ومقاومة تآكل مرضية - من خلال المعالجة الحرارية التي يتم التحكم فيها,

يجعلها مادة مفضلة في القطاعات الصعبة مثل الفضاء, البتروكيماويات, والطاقة النووية.

القوة والصلابة عبر ظروف الشيخوخة

تختلف القوة الميكانيكية من 17-4PH بشكل كبير اعتمادًا على حالة الشيخوخة, عادة ما يتم تعيينه على أنه H900, H1025, ح1075, و H1150.

تشير هذه إلى درجة حرارة الشيخوخة بالدرجات فهرنهايت وتؤثر على النوع, مقاس, وتوزيع رواسب التعزيز-جزيئات cu في المقام الأول.

صلابة الكسر والليونة

تعتبر صلابة الكسر مقياسًا مهمًا للمكونات الهيكلية المعرضة لأحمال ديناميكية أو تأثير. 17-4يعرض الأس الهيدروجيني مستويات صلابة متفاوتة اعتمادًا على حالة الشيخوخة.

• H900: ~ 60-70 ميجا باسكال
• H1150: ~ 90-110 ميجا با

مقاومة التعب

في تطبيقات التحميل الدورية مثل هياكل الطائرات أو مكونات التوربينات, مقاومة التعب ضرورية. 17-4PH يوضح أداء التعب الممتاز بسبب:

• ارتفاع قوة العائد يقلل من تشوه البلاستيك.
• بنية راسخة دقيقة تقاوم بدء الكراك.
• مصفوفة martensitic التي توفر أساسًا قويًا.

الحد من التعب (H900):
~ 500 ميجا باسكال في تعب المنحنى الدوار (البيئة الجوية)

سلوك تمزق الزحف والتوتر

على الرغم من عدم استخدامها عادة لمقاومة زحف درجة الحرارة العالية, 17-4يمكن أن يصمد الرقم الهيدروجيني للتعرض المتقطع حتى 315 درجة مئوية (600 درجة فهرنهايت).

وراء هذا, تبدأ القوة في التدهور بسبب توحيد الرواسب والإفراط في الشيخوخة.

• قوة زحف: معتدلة في < 315 درجة مئوية
• تمزق الإجهاد: حساسة لشيخوخة العلاج ودرجة حرارة التشغيل

التآكل والصلابة السطحية

17-4يُظهر الرقم الهيدروجيني مقاومة جيدة للارتداء في حالة H900 بسبب صلابة عالية وبنية مجهرية مستقرة.

في التطبيقات التي تنطوي على ارتداء السطح أو الاتصال المنزلق (على سبيل المثال, مقاعد الصمام, مهاوي), قد يتم تطبيق علاجات تصلب السطح الإضافية مثل Nitriding أو PVD الطلاء.

9. مقاومة التآكل & الاعتبارات البيئية

بعد المعالجة الحرارية, الأجزاء الخضوع التخميل الحمضي (على سبيل المثال, 20 % h₂so₄ + كروس) لتشكيل طبقة cr₂o₃ مستقرة. بالتالي:

• تحرض المقاومة: عينات H1150 تقاوم الحفر في 0.5 M NaCl حتى 25 درجة مئوية; H900 يقاوم ما يصل إلى 0.4 م.
• قابلية SCC: كلا الشرطين تلبي معايير NACE TM0177 للخدمة الحامضة عند تمريرها بشكل صحيح.

علاوة على ذلك, دورة التنظيف بالموجات فوق الصوتية النهائية تقلل من شوائب السطح بواسطة 90 %, مزيد من تعزيز المتانة على المدى الطويل في وسائل الإعلام العدوانية.

10. التطبيقات الصناعية من الفولاذ المقاوم للصدأ 17-4 في الساعة

صناعة الطيران

• مكونات ترس الهبوط
• السحابات والتجهيزات
• أقواس محرك وأعمدة
• علب المشغل

تطبيقات البتروكيماويات والخارجية

• مهاوي المضخة
• صمام ينبع ومقاعد
• أوعية الضغط والشفاه
• أدوات التوصيل والبطانات

توليد الطاقة

• شفرات التوربينات والأقراص
• التحكم في آليات قضيب
• السحابات وهياكل الدعم

الأجهزة الطبية والأسنان

• الأدوات الجراحية
• أدوات العظام
• غرسات الأسنان ومسارات اليد

معالجة الأغذية والمعدات الكيميائية

• مكونات النقل
• مبادلات حرارية
• قوالب عالية القوة ويموت
• المحامل المقاومة للغسل

التصنيع المضاف (أكون) والطباعة ثلاثية الأبعاد

• أقواس الفضاء المعقدة
• إدراج أدوات مخصصة
• قوالب التبريد المطابقة

11. خاتمة

17-4PH معاملة الحرارة تقدم العملية مجموعة من الخصائص المصممة من خلال معالجة الحلول -, تعديل, ومعلمات الشيخوخة.

من خلال تبني أفضل الممارسات - مثل التحكم في الفرن 5 درجة مئوية, توقيت دقيق, والتخميل السليم - محركات المحركين يحققون مجموعات من القوة المطلوبة بشكل موثوق, صلابة, ومقاومة التآكل.

هذا هو الخيار الأمثل لاحتياجات التصنيع الخاصة بك إذا كنت بحاجة إلى جودة عالية 17-4ph الفولاذ المقاوم للصدأ أجزاء.

اتصل بنا اليوم!