17–4ph procesu tepelného zpracování z nerezové oceli

1. Zavedení

17Nerezová ocel ‑4PH vyniká precipitačním kalením (Ph) slitina, která kombinuje odolnost proti korozi s vysokou pevností.

Ve složení 15.–17.5 % Chromium, 3–5 % nikl, 3–5 % měď, a 0,15–0,45 % Niobium, patří do feriticko-martenzitické rodiny.

V důsledku toho, výrobci jej používají v náročných odvětvích, jako je letecký průmysl (podvozkové čepy), petrochemický (obložení ventilů), a nářadí (formy a matrice).

V tomto článku, ponoříme se do celého cyklu tepelného zpracování, krycí roztokové žíhání, úprava léčby, stárnutí, a mikrostrukturální evoluce.

2. Materiálové zázemí & Hutní základy

17- 4PH patří k feriticko-martenzitické třídy nerezových ocelí, kombinující čtyřúhelník zaměřený na tělo (BCT) martenzitická matrice s jemnými precipitačními fázemi pro pevnost.

Chemické složení

Živel	Rozsah (WT%)	Primární role ve slitině
Cr	15.0–17.5	Vytváří ochranný Cr₂O₃ pasivní film pro odolnost proti důlkové korozi a korozi
V	3.0–5.0	Stabilizuje zbytkový austenit, zlepšení houževnatosti a tažnosti
Cu	3.0–5.0	Během stárnutí se sráží jako ε-Cu, zvýšení meze kluzu až o ~400 MPa
NB + Tváří v tvář	0.15–0,45	Zjemňuje velikost zrna a váže uhlík jako NbC, zabraňuje tvorbě karbidu chrómu
C	≤0,07	Přispívá k martenzitické tvrdosti, ale udržuje se na nízké úrovni, aby se zabránilo nadměrným karbidům
Mn	≤1,00	Působí jako stabilizátor austenitu a dezoxidátor; přebytek je omezen, aby se zabránilo tvorbě inkluzí
A	≤1,00	Slouží jako dezoxidátor při tavení; přebytek může tvořit křehké silicidy
Str	≤0,04	Obecně považován za nečistotu; udržovány nízko, aby se minimalizovalo křehnutí
S	≤0,03	Síra může zlepšit obrobitelnost, ale je omezena, aby se zabránilo praskání za tepla a snížení houževnatosti
Fe	Váhy	Element základní matice, tvořící feriticko/martenzitickou páteř

Navíc, Fázový diagram Fe–Cr–Ni–Cu zdůrazňuje klíčové transformační teploty.

Po rozpouštěcím žíhání výše 1,020 ° C., rychlé kalení přemění austenit na martenzit, s martenzitickým startem (Mₛ) u 100 °C a konec (M_f) kolem -50 °C.

V důsledku toho, toto kalení poskytuje plně přesycenou martenzitickou matrici, která slouží jako základ pro následné precipitační vytvrzování.

3. Základy tepelného zpracování

Tepelné zpracování pro 17‑ 4PH zahrnuje dva po sobě jdoucí kroky:

1. Žíhání řešení (Stav a): Rozpouští sraženiny mědi a niobu v austenitu a po kalení vytváří přesycený martenzit.
2. Srážkové kalení (Stárnutí): Tvoří sraženiny ε bohaté na měď a částice NbC, které blokují pohyb dislokací.

Z termodynamického hlediska, měď vykazuje omezenou rozpustnost při vysoké teplotě, ale níže se vysráží 550 ° C..

Kineticky, ε-O 480 ° C., s typickými cykly stárnutí vyrovnávající distribuci jemných sraženin proti nadměrnému růstu nebo zhrubnutí.

4. Žíhání řešení (Stav a) z nerezové oceli 17‑4PH

Žíhání řešení, označované jako Stav a, je kritickou fází procesu tepelného zpracování nerezové oceli 17-4PH.

Tento krok připravuje materiál pro následné stárnutí vytvořením homogenní a přesycené martenzitické matrice.

Účinnost této fáze určuje konečné mechanické vlastnosti a korozní odolnost oceli.

Účel rozpouštěcího žíhání

• Rozpusťte legující prvky jako je Cu, NB, a Ni do austenitické matrice při vysoké teplotě.
• Homogenizujte mikrostrukturu k eliminaci segregace a zbytkového napětí z předchozího zpracování.
• Usnadnit martenzitickou transformaci během ochlazování vytvořit silný, přesycená martenzitická báze pro precipitační vytvrzování.

Typické parametry tepelného zpracování

Parametr	Rozsah hodnot
Teplota	1020–1060 °C
Doba namáčení	30–60 minut
Způsob chlazení	Chlazení vzduchem nebo kalení oleje

Transformační teploty

Přechod fáze	Teplota (° C.)
Ac1 (Začátek austenitizace)	~670
Ac₃ (Kompletní austenitizace)	~740
Mₛ (Začátek martenzitu)	80–140
M_f (Povrchová úprava martenzit)	~32

Mikrostrukturální výsledek

Po úpravě roztokem a zhášení, mikrostruktura typicky zahrnuje:

• Nízkouhlíkový lištový martenzit (primární fáze): Přesycený Cu a Nb
• Stopový zbytkový austenit: Méně než 5%, pokud se neuhasí příliš pomalu
• Občasný ferit: Při přehřátí nebo nesprávném ochlazení se může vytvořit

Dobře provedené ošetření roztokem přináší pokutu, stejnoměrný lištový martenzit bez precipitace karbidu chrómu, který je nezbytný pro odolnost proti korozi a následné precipitační vytvrzování.

Vliv teploty roztoku na vlastnosti

• <1020 ° C.: Nedokonalé rozpouštění slitinových karbidů vede k nerovnoměrnému austenitu a nízké martenzitické tvrdosti.
• 1040 ° C.: Optimální tvrdost a struktura díky úplnému rozpuštění karbidu bez nadměrného růstu zrna.
• >1060 ° C.: Nadměrné rozpouštění karbidu, zvýšený zbytkový austenit, tvorba feritu, a hrubší zrna snižují konečnou tvrdost a výkon.

Studium Insight: Vzorky roztokem ošetřené při 1040 °C vykazovaly nejvyšší tvrdost (~38 HRC) a nejlepší jednotnost, podle metalografické analýzy.

5. Srážkové kalení (Stárnutí) Podmínky nerezové oceli 17‑4PH

Srážkové kalení, také známý jako stárnutí, je nejkritičtější fází vývoje konečných mechanických vlastností nerezové oceli 17‑4.

Po rozpouštěcím žíhání (Stav a), ošetření stárnutím vysráží jemné částice – především fáze bohaté na měď – které brání pohybu dislokace a výrazně zvyšují pevnost a tvrdost.

Účel léčby stárnutí

• Na srážet nanorozsahové intermetalické sloučeniny (hlavně ε-Cu) v martenzitické matrici.
• Na zpevnění materiálu pomocí disperze částic, zlepšení kluzu a pevnosti v tahu.
• Na přizpůsobit mechanické a korozní vlastnosti změnou teploty a času.
• Stabilizovat mikrostrukturu a minimalizovat zadržený austenit z rozpouštěcího žíhání.

Standardní podmínky stárnutí

Ošetření stárnutí jsou označena "H" podmínky, přičemž každý odráží specifický teplotní/časový cyklus. Nejčastěji používané podmínky stárnutí jsou:

Mechanismy posilování

• ε-fáze bohatá na měď se vysráží tvoří během stárnutí, typicky o velikosti ~2–10 nm.
• Tyto částice dislokace čepu, brání plastické deformaci.
• Tvorba sraženiny se řídí podle nukleační a difúzní kinetika, urychluje při vyšších teplotách, ale má za následek hrubší částice.

Kompromisy mezi podmínkami

Výběr správných podmínek stárnutí závisí na zamýšlené aplikaci:

• H900: Maximální pevnost; vhodné pro vysoce zatížené letecké nebo nástrojové aplikace, ale má sníženou lomovou houževnatost a odolnost proti SCC.
• H1025 nebo H1150: Zvýšená houževnatost a odolnost proti korozi; přednostně pro petrochemické ventily, námořní části, a tlakové systémy.
• Dvojité stárnutí (H1150-D): Zahrnuje stárnutí při 1150 °C dvakrát, nebo s nižším sekundárním stupněm (NAPŘ., H1150M); používá se k dalšímu zlepšení rozměrové stability a odolnosti proti korozi namáháním.

Faktory ovlivňující efektivitu stárnutí

• Předchozí ošetření roztokem: Jednotná martenzitická matrice zajišťuje rovnoměrné srážení.
• Rychlost chlazení po rozpouštění: Ovlivňuje zadržený austenit a rozpustnost Cu.
• Ovládání atmosféry: Podmínky inertního plynu nebo vakua minimalizují oxidaci během stárnutí.

Stárnutí aditivní výroby 17-4PH

Díky unikátní mikrostruktuře (NAPŘ., zadržený δ-ferit nebo zbytková napětí), AM 17‑4PH může vyžadovat přizpůsobené cykly stárnutí nebo tepelná homogenizace kroky před standardním stárnutím.

Studie to ukazují Samotné stárnutí H900 nemusí dosáhnout úplného precipitačního vytvrzení u dílů AM bez předchozího následného zpracování.

6. Úprava Léčba (Léčba změnou fáze)

V posledních letech, výzkumníci zavedli předběžné úprava léčby, také známý jako léčba změnou fáze, před konvenčními kroky rozpouštěcího žíhání a stárnutí pro nerezovou ocel 17‑4PH.

Tento krok navíc záměrně posouvá martenzitický start (Mₛ) a dokončit (M_f) transformační teploty,

vytváří jemnější martenzitickou matrici a dramaticky zvyšuje mechanickou odolnost i odolnost proti korozi.

Účel a mechanismus.

Úprava úpravy zahrnuje udržování oceli na teplotě těsně pod jejím spodním kritickým bodem transformace (typicky 750–820 °C) na předepsanou dobu (1– 4 hod).

Během tohoto držení, částečná reverzní transformace produkuje kontrolované množství revertovaného austenitu.

V důsledku toho, následné kalení „uzamkne“ rovnoměrnější směs martenzitu a zbytkového austenitu, se šířkami lišt zmenšujícími se z průměru 2 µm až na 0,5–1 µm.

Mechanické výhody.

Když inženýři aplikují stejné řešení – žíhání (1,040 °C × 1 h) a standardní stárnutí H900 (482 °C × 1 h) poté, pozorují:

• Více než 2× vyšší rázová houževnatost, zvýšení z ~15 J na více 35 J při –40 °C.
• Zvýšení kluzné síly 50–100 MPa, jen s okrajovým (5–10 %) pokles tvrdosti.

Tato vylepšení pocházejí z jemnějších, propletená martenzitická síť, která otupuje iniciaci trhlin a šíří deformaci rovnoměrněji.

Zlepšení odolnosti proti korozi.

V mladém věku je euart., 17Vzorky ‑4PH prošly buď přímým stárnutím nebo úpravou + stárnutí, poté ponořen do umělé mořské vody.

Elektrochemické testy – jako jsou polarizační křivky a impedanční spektroskopie – odhalily, že vzorky ošetřené úpravou vykazovaly:

• A 0.2 V ušlechtilejší korozní potenciál (E_corr) než protějšky v přímém věku,
• A 30 % nižší roční míra koroze, a
• Posun v potenciálu pitingu (E_pit) podle +0.15 PROTI, značí silnější odolnost proti pitting-rezistenci.

Instrumentální analýza přisoudila toto chování eliminaci zón ochuzených o chrom na hranicích zrn.

Ve vzorcích ošetřených úpravou, chrom zůstává rovnoměrně distribuován, posílení pasivního filmu proti napadení chloridy.

Optimalizace času a teploty.

Výzkumníci také zkoumali, jak různé parametry nastavení ovlivňují mikrostrukturu:

• Delší vydržení (až do 4 h) dále zušlechťovat martenzitické lišty, ale vyšší houževnatost 3 h.
• Vyšší nastavovací teploty (až do 820 ° C.) zvýšit konečnou pevnost v tahu o 5–8 % ale snížit prodloužení o 2–4 %.
• Post-kondicionační stárnutí při vyšších teplotách (NAPŘ., H1025, 525 ° C.) změkčuje matrici a obnovuje tažnost bez obětování odolnosti proti korozi.

7. Mikrostrukturní evoluce

Během stárnutí, mikrostruktura se výrazně transformuje:

• ε-Cu sraženiny: Sférický, 5-20 nm v průměru; zvyšují mez kluzu až o 400 MPA.
• Karbidy NI₃the a CR7c33: Lokalizováno na hranicích zrn, tyto částice stabilizují mikrostrukturu a odolávají zhrubnutí.
• Obrácený austenit: Úprava úpravy podporuje ~5 % zadržený austenit, který zlepšuje lomovou houževnatost tím 15 %.

TEM analýzy potvrzují rovnoměrnou disperzi ε‑Cu v H900, zatímco vzorky H1150 vykazují částečné zdrsnění, v souladu s jejich nižšími hodnotami tvrdosti.

8. Mechanické vlastnosti & Výkon 17-4PH z nerezové oceli

Mechanický výkon nerezové oceli 17-4PH je jedním z jejích nejpřesvědčivějších atributů.

Jeho jedinečná kombinace vysoké pevnosti, dobrá houževnatost, a uspokojivá odolnost proti korozi – dosažená řízeným tepelným zpracováním,

z něj činí preferovaný materiál v náročných odvětvích, jako je letecký průmysl, petrochemický, a jaderná energie.

Síla a tvrdost v podmínkách stárnutí

Mechanická pevnost 17-4PH se výrazně liší v závislosti na podmínkách stárnutí, obvykle označované jako H900, H1025, H1075, a H1150.

Ty se týkají teploty stárnutí ve stupních Fahrenheita a ovlivňují typ, velikost, a distribuce zpevňujících precipitátů – především částic ε-Cu.

Lomová houževnatost a tažnost

Lomová houževnatost je kritickou metrikou pro konstrukční součásti vystavené dynamickému nebo rázovému zatížení. 17-4PH vykazuje různé úrovně houževnatosti v závislosti na podmínkách stárnutí.

• H900: ~60–70 MPa√m
• H1150: ~90–110 MPa√m

Odolnost proti únavě

V aplikacích s cyklickým zatížením, jako jsou konstrukce letadel nebo součásti turbín, odolnost proti únavě je zásadní. 17-4PH vykazuje vynikající únavový výkon díky:

• Vysoká mez kluzu snižující plastickou deformaci.
• Jemná struktura precipitátu, která odolává iniciaci trhlin.
• Martenzitická matrice, která poskytuje robustní základ.

Limit únavy (H900):
~500 MPa při rotační únavě ohybu (vzdušné prostředí)

Chování tečení a přetržení stresu

Ačkoli se obvykle nepoužívá pro odolnost proti tečení při vysokých teplotách, 17-4PH vydrží přerušovanou expozici až 315 ° C. (600 ° F.).

Za tím, pevnost začíná degradovat v důsledku hrubnutí sraženin a nadměrného stárnutí.

• Síla tečení: mírný při < 315 ° C.
• Stres narušuje život: citlivé na ošetření stárnutím a provozní teplotu

Opotřebení a povrchová tvrdost

17-4PH vykazuje dobrou odolnost proti opotřebení ve stavu H900 díky vysoké tvrdosti a stabilní mikrostruktuře.

V aplikacích zahrnujících povrchové opotřebení nebo kluzný kontakt (NAPŘ., ventilová sedla, hřídele), mohou být aplikovány další povrchové úpravy, jako je nitridace nebo PVD povlaky.

9. Odolnost proti korozi & Ohledy na životní prostředí

Po tepelném zpracování, části podstoupí kyselá pasivace (NAPŘ., 20 % H2SO4 + CrO3) k vytvoření stabilní vrstvy Cr203. V důsledku toho:

• Odolnost proti jámu: Vzorky H1150 odolávají důlkové korozi 0.5 M NaCl až 25 ° C.; H900 odolává až 0.4 M.
• Citlivost SCC: Obě podmínky splňují normy NACE TM0177 pro kyselou obsluhu, pokud jsou správně pasivovány.

Navíc, závěrečný cyklus čištění ultrazvukem snižuje povrchové inkluze o 90 %, dále zvyšuje dlouhodobou odolnost v agresivních médiích.

10. Průmyslové aplikace nerezové oceli 17‑4PH

Letecký průmysl

• Součásti podvozku
• Spojovací materiál a kování
• Držáky a hřídele motoru
• Pouzdra pohonů

Petrochemické a offshore aplikace

• Hřídele čerpadla
• Vřetena a sedla ventilů
• Tlakové nádoby a příruby
• Spojky a pouzdra

Výroba energie

• Turbínové lopatky a disky
• Ovládací tyčové mechanismy
• Spojovací a nosné konstrukce

Lékařské a dentální přístroje

• Chirurgické nástroje
• Ortopedické nástroje
• Zubní implantáty a násadce

Zařízení na zpracování potravin a chemické zařízení

• Komponenty dopravníku
• Výměníky tepla
• Vysoce pevné formy a zápustky
• Ložiska odolná proti mytí

Aditivní výroba (DOPOLEDNE) a 3D tisk

• Složité letecké držáky
• Přizpůsobené nástrojové vložky
• Konformní chladicí formy

11. Závěr

17-4PH tepelného zpracování proces nabízí spektrum vlastností šitých na míru pomocí manipulačního rozpouštěcího žíhání, nastavení, a parametry stárnutí.

Přijetím osvědčených postupů – jako je řízení pece ±5 °C, přesné načasování, a správná pasivace – inženýři spolehlivě dosahují požadovaných kombinací pevnosti, houževnatost, a odolnost proti korozi.

TENTO je perfektní volbou pro vaše výrobní potřeby, pokud potřebujete vysoce kvalitní 17-4PH nerez díly.

Kontaktujte nás ještě dnes!