1. مقدمه
17فولاد ضد زنگ 4PH به عنوان یک بارش بارش شناخته می شود (PH) آلیاژ که مقاومت در برابر خوردگی را با استحکام بالا می آمیزد.
متشکل از 15-17.5 % کروم, 3–5 % نیکل, 3–5 % مس, و 0.15-0.45 % نیوبیوم, متعلق به خانواده فریس - مارتنسیتی است.
در نتیجه, تولید کنندگان آن را در بخش های خواستار مانند هوافضا استخدام می کنند (لندینگ - پین های گرم), پتروشیمی (تر و تمیز کردن دریچه), و ابزار (قالب ها و می میرد).
در این مقاله, ما به چرخه کامل گرم شدن گرما می پردازیم, پوشش آنیل راه حل, درمان تنظیم, پیری, و تکامل ریزساختاری.
2. پیش زمینه مادی & مبنای متالورژیکی
17- 4PH متعلق به فریسی کلاس فولادهای ضد زنگ, ترکیب یک چهار ضلعی محور بدن (BCT) ماتریس مارتنزیتی با مراحل بارش ریز برای قدرت.
ترکیب شیمیایی
| عنصر | محدوده (وزنی ٪) | نقش اصلی در آلیاژ |
|---|---|---|
| Cr | 15.0–17.5 | برای گودال و مقاومت در برابر خوردگی یک فیلم منفعل Cr₂o₃ را تشکیل می دهد |
| در | 3.0–5.0 | آستنیت حفظ شده را تثبیت می کند, بهبود سختی و انعطاف پذیری |
| مس | 3.0–5.0 | در طول پیری به عنوان ε - cu رسوب می کند, افزایش قدرت عملکرد تا 400 مگاپیکسل |
| NB + روکش | 0.15–0.45 | اندازه دانه را اصلاح می کند و کربن را به عنوان NBC پیوند می دهد, جلوگیری از تشکیل کاربید کروم |
| سی | 0.07 | برای جلوگیری از کاربیدهای بیش از حد به سختی مارتنزیتی کمک می کند اما کم نگه داشته می شود |
| منگنز | ≤1.00 | به عنوان یک تثبیت کننده آستنیت و deoxidizer عمل می کند; اضافی برای جلوگیری از تشکیل گنجاندن محدود است |
| و | ≤1.00 | در هنگام ذوب به عنوان deoxidizer عمل می کند; اضافی می تواند سیلیکیدهای شکننده ایجاد کند |
| پ | .0.04 | به طور کلی ناخالصی محسوب می شود; کم نگه داشته شده تا آغوش را به حداقل برساند |
| اس | .0.03 | گوگرد می تواند ماشینکاری را بهبود بخشد اما برای جلوگیری از برخورد گرم و کاهش سختی محدود است |
| Fe | تعادل | عنصر ماتریس پایه, تشکیل ستون فقرات فریتیک/مارتنزیتی |
علاوه بر این, نمودار فاز Fe -Cr -Ni -Cu دمای تحول کلیدی را برجسته می کند.
پس از آن ، آنیلایینگ در بالا 1,020 درجه سانتی گراد, یک فرونشست سریع اوستنیت را به مارتنزیت تبدیل می کند, با شروع مارتنزیتی (مگس) نزدیک 100 درجه سانتیگراد و پایان (m_f) در حدود -50 درجه سانتیگراد.
در نتیجه, این فرونشست یک ماتریس مارتنزیتی کاملاً اشباع شده است که به عنوان پایه و اساس سخت شدن بارش بعدی خدمت می کند.
3. اصول عملیات حرارتی
درمان گرما برای 17‑ 4PH شامل دو مرحله متوالی است:
- محلول آنیلینگ (شرایط A): رسوبات مس و نیوبیوم را در آستنیت حل می کند و یک مارتنزیت اشباع نشده را در هنگام خاموش کردن تولید می کند.
- سخت شدن بارش (پیری): غنی از مس ε رسوبات و ذرات NBC را تشکیل می دهد که حرکت جابجایی را مسدود می کنند.
از دیدگاه ترمودینامیکی, مس در دمای بالا حلالیت محدودی را نشان می دهد اما در زیر رسوب می کند 550 درجه سانتی گراد.
سینتیکی, ε - 480 درجه سانتی گراد, با چرخه های پیری معمولی که تعادل توزیع رسوب ریز در برابر رشد بیش از حد یا درشت را متعادل می کند.
4. محلول آنیلینگ (شرایط A) از فولاد ضد زنگ 17 درجه 4PH
بازپخت راه حل, به عنوان اشاره شده است شرایط A, یک مرحله مهم در فرآیند عملیات حرارتی فولاد ضد زنگ 17-4PH است.
این مرحله با ایجاد یک ماتریس مارتنزیتی همگن و اشباع نشده ، مواد را برای پیری بعدی آماده می کند.
اثربخشی این مرحله خصوصیات مکانیکی نهایی و مقاومت در برابر خوردگی فولاد را تعیین می کند.
هدف از بازپرداخت راه حل
- عناصر آلیاژ را حل کنید suh مانند, NB, و ni به ماتریس آستنیتی در دمای بالا.
- ریزساختار را همگن کنید برای از بین بردن تفکیک و فشارهای باقیمانده از پردازش قبلی.
- تحول مارتنزیتی را تسهیل می کند در حین خنک کننده برای تشکیل قوی, پایه مارتنزیتی اشباع نشده برای سخت شدن بارش.
پارامترهای معمولی عملیات حرارتی
| پارامتر | دامنه ارزش |
|---|---|
| دما | 1020-1060 درجه سانتیگراد |
| زمان خیس | 30-60 دقیقه |
| روش خنک کننده | خنک کننده هوا یا خاموش کردن روغن |
دمای تحول
| انتقال فاز | دما (درجه سانتی گراد) |
|---|---|
| عیاش (شروع آستنیتیزاسیون) | 670 پوند |
| عیاش (Austenitization کامل) | 740 پوند |
| مگس (شروع مارتنزیت) | 80–140 |
| m_f (پایان مارتنزیت) | 32 پوند |
نتیجه ریزساختاری
پس از درمان و خاموش کردن محلول, ریزساختار به طور معمول شامل می شود:
- مارتنزیت لاته کم کربن (مرحله اولیه): فوق العاده اشباع شده با مس و nb
- ردیابی آستنیت باقیمانده: کمتر از 5%, مگر اینکه خیلی آهسته خاموش شود
- فریت گاه به گاه: اگر بیش از حد گرم شود یا به طور نامناسب خنک شود ممکن است شکل بگیرد
یک درمان راه حل به خوبی اجرا شده جریمه ای را به همراه دارد, مارتنزیت یکنواخت و بدون بارش کاربید کروم, که برای مقاومت در برابر خوردگی و سخت شدن بارش بعدی ضروری است.
تأثیر دمای محلول بر خواص
- <1020 درجه سانتی گراد: انحلال ناقص کاربیدهای آلیاژ منجر به سختی آستنیت و سختی مارتنزیت می شود.
- 1040 درجه سانتی گراد: سختی و ساختار بهینه به دلیل انحلال کامل کاربید بدون رشد بیش از حد دانه.
- >1060 درجه سانتی گراد: انحلال بیش از حد کاربید, افزایش آستنیت حفظ شده, تشکیل فریت, و دانه های درشت تر سختی و عملکرد نهایی را کاهش می دهند.
بینش مطالعه: نمونه های حل شده در 1040 ° C بالاترین سختی را نشان داد (38 HRC) و بهترین یکنواختی, همانطور که در تجزیه و تحلیل متالوگرافی.
5. سخت شدن بارش (پیری) شرایط فولاد ضد زنگ 17-4ph
سخت شدن, همچنین به عنوان شناخته شده است پیری, مهمترین مرحله در توسعه خواص مکانیکی نهایی فولاد ضد زنگ 17-4 است.
پس از آن ، آنیلاسیون راه حل (شرایط A), تیمارهای پیری ذرات ریز-در ابتدا مراحل غنی از مس-را رسوب می دهند که مانع حرکت جابجایی می شود و به طور قابل توجهی قدرت و سختی را افزایش می دهد.
هدف از پیری درمان
- به ترکیبات بین فلزی نانو (عمدتا ε-cu) در ماتریس مارتنزیتی.
- به مواد را از طریق پراکندگی ذرات تقویت کنید, بهبود عملکرد و مقاومت کششی.
- به خواص مکانیکی و خوردگی خیاطی با تغییر دما و زمان.
- برای تثبیت ریزساختار و به حداقل رساندن آستنیت حفظ شده از بازپرداخت محلول.
شرایط پیری استاندارد
درمان های پیری توسط تعیین می شوند شرایط "ح", با هر یک از چرخه دما/زمان خاص. متداول ترین شرایط پیری است:
| وضعیت پیری | دما (درجه سانتی گراد) | زمان (سخنرانی) | سختی (HRC) | استحکام کششی (MPa) | قدرت تسلیم (MPa) | ازدیاد طول (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| H900 | 482 | 1 | 44-47 | 1310–1410 | 1170–1250 | 10–13 |
| H925 | 496 | 4 | 42-45 | 1280–1350 | 1100–1200 | 11–14 |
| H1025 | 552 | 4 | 35-38 | 1070–1170 | 1000–1100 | 13–17 |
| H1150 | 621 | 4 | 28–32 | 930–1000 | 860–930 | 17- 21 |
مکانیسم های تقویت
- فاز ε غنی از مس رسوب می کند در طول پیری فرم, به طور معمول اندازه 2-10 نانومتر.
- این ذرات جابجایی پین, مهار تغییر شکل پلاستیک.
- تشکیل رسوب توسط سینتیک هسته و انتشار, در دماهای بالاتر تسریع می شود اما منجر به ذرات درشت تر می شود.
معاملات بین شرایط
انتخاب وضعیت پیری مناسب به کاربرد مورد نظر بستگی دارد:
- H900: حداکثر قدرت; مناسب برای برنامه های هوافضا با بار بالا یا برنامه های کاربردی, اما باعث کاهش سختی شکستگی و مقاومت SCC شده است.
- H1025 یا H1150: مقاومت در برابر مقاومت و مقاومت در برابر خوردگی; برای دریچه های پتروشیمی ترجیح داده می شود, قطعات دریایی, و سیستم های فشار.
- پیری مضاعف (H1150-D): شامل پیری در 1150 درجه سانتیگراد دو بار, یا با یک مرحله ثانویه پایین (به عنوان مثال, H1150 متر); برای بهبود بیشتر پایداری بعدی و مقاومت در برابر خوردگی استرس استفاده می شود.
عوامل مؤثر بر اثربخشی پیری
- درمان محلول قبلی: ماتریس مارتنزیتی یکنواخت حتی بارش را تضمین می کند.
- نرخ خنک کننده پس از تغییر: بر حلالیت آستنیت و مس تأثیر می گذارد.
- کنترل جو: گاز بی اثر یا شرایط خلاء اکسیداسیون را در حین پیری به حداقل می رساند.
پیری از مواد افزودنی تولید شده 17-4ph
به دلیل ریزساختارهای منحصر به فرد (به عنوان مثال, فشارهای δ- فریت یا باقیمانده حفظ شده است), AM 17-4PH ممکن است به چرخه پیری سفارشی نیاز داشته باشد یا همگن حرارتی مراحل قبل از پیری استاندارد.
مطالعات نشان می دهد که H900 پیر شدن به تنهایی ممکن است به سخت شدن بارش کامل در قطعات AM بدون پردازش قبلی دست نروند.
6. درمان تنظیم (درمان تغییر فاز)
در سالهای اخیر, محققان مقدماتی را معرفی کرده اند درمان تنظیم, همچنین به عنوان شناخته شده است درمان تغییر فاز, قبل از راه حل معمولی - مراحل آنیل و پیری برای فولاد ضد زنگ 17-4ph.
این مرحله اضافی عمداً شروع مارتنزیتی را تغییر می دهد (مگس) و تمام شود (m_f) دمای تحول,
ایجاد یک ماتریس مارتنزیتی دقیق تر و افزایش چشمگیر عملکرد مقاومت در برابر مکانیکی و خوردگی.
هدف و مکانیسم.
درمان تنظیم شامل نگه داشتن فولاد در دما دقیقاً زیر نقطه تحول بحرانی پایین آن است (به طور معمول 750-820 درجه سانتیگراد) برای یک زمان تجویز شده (1-4 ساعت).
در طول این نگهدارنده, تحول معکوس جزئی یک مقدار کنترل شده از آستنیت برگشتی را تولید می کند.
در نتیجه, متعاقب آن "قفل در" مخلوط یکنواخت تر از مارتنزیت و آستنیت را حفظ کرد, با عرض لاته از میانگین کاهش می یابد 2 میکرومتر به 0.5-1 میکرومتر.
مزایای مکانیکی.
هنگامی که مهندسان همان راه حل را اعمال می کنند - آنیل (1,040 ° C × 1 سخنرانی) و پیری استاندارد H900 (482 ° C × 1 سخنرانی) پس از آن, آنها مشاهده می کنند:
- بیش از 2 × بیشتر استحکام ضربه, از 15 j به بیش از 15 پوند افزایش می یابد 35 j در -40 درجه سانتیگراد.
- قدرت قدرت سود از 50-100 MPa, فقط با یک حاشیه (5–10 %) کمبود سختی.
این پیشرفت ها ناشی از ظریف تر است, شبکه مارتنسیتی به هم پیوسته است که شروع به شکستن می کند و تغییر شکل را به طور مساوی گسترش می دهد.
خوردگی - بهبود مقاومت.
او در سنین جوانی Euart است., 17‑ 4ph نمونه ها تحت پیری مستقیم یا تنظیم قرار گرفتند + پیری, سپس در آب دریا مصنوعی غوطه ور شد.
آزمایشات الکتروشیمیایی - مانند منحنی های قطبی سازی و طیف سنجی امپدانس - نشان داد که نمونه های تحت درمان با تنظیم - به نمایش گذاشته شده است:
- الف 0.2 v پتانسیل خوردگی نجیب تر (e_corr) از همتایان سن مستقیم,
- الف 30 % نرخ خوردگی سالانه پایین تر, و
- تغییر در پتانسیل گودال (e_pit) توسط +0.15 V, نشانگر مقاومت در برابر گودال قوی تر.
تجزیه و تحلیل ابزاری این رفتار را به از بین بردن مناطق کروم - در مرزهای دانه نسبت داد.
در نمونه های تحت درمان, کروم به طور یکنواخت توزیع می شود, تقویت فیلم منفعل در برابر حمله کلرید.
بهینه سازی زمان و دما.
محققان همچنین بررسی کردند که چگونه پارامترهای تعدیل متغیر بر ساختار بر ساختار تأثیر می گذارد:
- طولانی تر نگه می دارد (تا 4 سخنرانی) بیشتر اصلاحات مارتنزیتی را اصلاح کنید اما فلات در سختی فراتر از آن 3 سخنرانی.
- دمای تنظیم بالاتر (تا 820 درجه سانتی گراد) قدرت کششی نهایی را 5-8 تقویت کنید % اما کاهش طول 2-4 %.
- پیری پس از شرط بندی در دماهای بالاتر (به عنوان مثال, H1025, 525 درجه سانتی گراد) ماتریس را نرم می کند و بدون قربانی مقاومت در برابر خوردگی ، انعطاف پذیری را بازیابی می کند.
7. تکامل ریزساختاری
در حین پیری, ریزساختار به طور قابل توجهی دگرگون می شود:
- ε با رسوب: کروی, 5-20 نانومتر قطر; آنها قدرت عملکرد را تا حداکثر افزایش می دهند 400 MPa.
- ni ₃the و cr₇c₃ carbides: در مرزهای دانه بومی شده است, این ذرات ریزساختار را تثبیت می کنند و درشت مقاومت می کنند.
- بازگشت به آستنیت: درمان تنظیم 5 ~ ~ % آستنیت را حفظ کرد, که باعث شکستگی شکستگی توسط 15 %.
تجزیه و تحلیل TEM یکنواختی از ε - Cu در H900 را تأیید می کند, در حالی که نمونه H1150 درشت جزئی را نشان می دهد, تراز کردن با مقادیر سختی کم آنها.
8. خواص مکانیکی & عملکرد فولاد ضد زنگ 17-4ph
عملکرد مکانیکی فولاد ضد زنگ 17-4PH یکی از قانع کننده ترین ویژگی های آن است.
ترکیب منحصر به فرد آن از استحکام بالا, سختی خوب, و مقاومت در برابر خوردگی رضایت بخش - از طریق عملیات حرارتی کنترل شده انجام می شود,
آن را به یک ماده ترجیحی در بخش های خواستار مانند هوافضا تبدیل می کند, پتروشیمی, و انرژی هسته ای.
قدرت و سختی در شرایط پیری
قدرت مکانیکی 17-4PH بسته به شرایط پیری متفاوت است, به طور معمول به عنوان H900 تعیین می شود, H1025, H1075, و H1150.
اینها به دمای پیری در درجه فارنهایت اشاره می کنند و بر نوع تأثیر می گذارند, اندازه, و توزیع رسوبات-ذرات ε-cu-.
| وضعیت پیری | قدرت تسلیم (MPa) | استحکام کششی نهایی (MPa) | ازدیاد طول (%) | سختی (HRC) |
|---|---|---|---|---|
| H900 | 1170–1250 | 1310–1400 | 8–10 | 42-46 |
| H1025 | 1030–1100 | 1170–1250 | 10–12 | 35-39 |
| H1075 | 960–1020 | 1100–1180 | 11–13 | 32- 36 |
| H1150 | 860–930 | 1000-1080 | 13–17 | 28–32 |
چقرمگی و شکستگی
چقرمگی شکستگی یک معیار مهم برای اجزای ساختاری است که در معرض بارهای پویا یا ضربه قرار می گیرد. 17-4نمایشگاه های pH بسته به شرایط پیری ، سطح چقرمگی متفاوت است.
- H900: 60-70 mPa√m
- H1150: ~ 90-110 MPA√M
مقاومت در برابر خستگی
در برنامه های بارگذاری چرخه ای مانند سازه های هواپیما یا اجزای توربین, مقاومت در برابر خستگی ضروری است. 17-4pH عملکرد خستگی عالی را به دلیل نشان می دهد:
- مقاومت بالا در کاهش تغییر شکل پلاستیک.
- ساختار رسوب ریز که در برابر شروع ترک مقاومت می کند.
- ماتریس مارتنزیتی که پایه ای قوی را فراهم می کند.
حد خستگی (H900):
500 پوند MPa در چرخش خستگی خمش (محیط هوایی)
خزش و رفتار پارگی استرس
اگرچه به طور معمول برای مقاومت در برابر خزش با دمای بالا استفاده نمی شود, 17-4pH می تواند در معرض قرار گرفتن در معرض متناوب تا 315 درجه سانتی گراد (600 درجه فارنهایت).
فراتر از این, قدرت به دلیل درشت رسوبات و پیری بیش از حد شروع به تخریب می کند.
- قدرت خزش: متوسط < 315 درجه سانتی گراد
- زندگی پارگی استرس: حساس به درمان پیری و دمای کار
سایش و سختی سطحی
17-4pH به دلیل سختی زیاد و ریزساختار پایدار مقاومت سایش خوبی را در شرایط H900 نشان می دهد.
در برنامه های مربوط به سایش سطح یا تماس کشویی (به عنوان مثال, صندلی های سوپاپ, شفت ها), درمان های سخت کننده سطح اضافی مانند نیترایدر یا پوشش PVD ممکن است اعمال شود.
9. مقاومت در برابر خوردگی & ملاحظات زیست محیطی
پس از عملیات حرارتی, قطعات تحت انفعال اسیدی (به عنوان مثال, 20 % H₂so₄ + کرو) برای تشکیل یک لایه Cr₂o₃ پایدار. در نتیجه:
- مقاومت در برابر گودال: نمونه H1150 در برابر گودال در برابر مقاومت در برابر 0.5 m naCl تا 25 درجه سانتی گراد; H900 در برابر است 0.4 م.
- حساسیت SCC: هر دو شرط در هنگام استفاده صحیح از استانداردهای NACE TM0177 برای خدمات ترش مطابقت دارند.
علاوه بر این, چرخه تمیز کردن اولتراسونیک نهایی ، اجزاء سطح را کاهش می دهد 90 %, افزایش بیشتر دوام طولانی مدت در رسانه های تهاجمی.
10. کاربردهای صنعتی از فولاد ضد زنگ 17-4ph
صنعت هوافضا
- اجزای دنده فرود
- اتصال دهنده ها و اتصالات
- براکت و شفت موتور
- محرک محرک
برنامه های پتروشیمی و خارج از ساحل
- شفت های پمپ
- ساقه های دریچه و صندلی ها
- کشتی های فشار و فلنج
- کوپلینگ و بوش
تولید برق
- تیغه های توربین و دیسک
- مکانیسم های میله کنترل
- اتصال دهنده ها و ساختارهای پشتیبانی
دستگاه های پزشکی و دندانپزشکی
- ابزار جراحی
- ابزارهای ارتوپدی
- ایمپلنت و دستگیره دندانپزشکی
فرآوری مواد غذایی و تجهیزات شیمیایی
- اجزای نقاله
- مبدل های حرارتی
- قالب های با استحکام بالا و می میرد
- یاتاقان های مقاوم در برابر دستشویی
تولید افزودنی (AM) و چاپ سه بعدی
- براکت های هوافضا پیچیده
- درج ابزاری سفارشی
- قالب های خنک کننده کنفورماسی
11. نتیجه گیری
17-4ph گرما - درمان فرآیند با دستکاری در محلول ، طیف از خواص متناسب را ارائه می دهد, تنظیم, و پارامترهای پیری.
با اتخاذ بهترین شیوه ها - مانند 5 درجه سانتیگراد کنترل کوره, زمان بندی دقیق, و انفعال مناسب - مهندسان با اطمینان به ترکیبات مورد نیاز قدرت دست یابند, سختی, و مقاومت در برابر خوردگی.
این در صورت نیاز به کیفیت بالا ، انتخاب مناسبی برای نیازهای تولیدی شما است 17-4ph. فولاد ضد زنگ قطعات.
