17–4ph ruostumattomasta teräksestä valmistettu lämpökäsittelyprosessi

1. Esittely

17–4Ph ruostumaton teräs erottuu sademääräksi (PHE) seos, joka sekoittaa korroosionkestävyyttä korkealla lujuudella.

Koostuu 15–17,5: stä % kromi, 3–5 % nikkeli, 3–5 % kupari, ja 0,15–0,45 % niobium, Se kuuluu ferriittiselle -martensiittiselle perheelle.

Siten, Valmistajat käyttävät sitä vaativilla aloilla, kuten ilmailutila (laskeutumisnapit), petrokemian (venttiilikoriste), ja työkalu (muotit ja kuolevat).

Tässä artikkelissa, Suhtaudumme täydelliseen lämmönkäsittelyjaksoon, kattaa ratkaisun hehkutus, säätöhoito, ikääntyminen, ja mikrorakenteen kehitys.

2. Aineellinen tausta & Metallurginen perusta

17- 4PH kuuluu ferriittinen Ruostumattomien terästen luokka, Yhdistämällä vartalokeskeinen tetragonaali (Bct) Martensitic -matriisi, jolla on hienot saostumisvaiheet lujuutta varten.

Kemiallinen koostumus

Elementti	Etäisyys (painoprosentti)	Ensisijainen rooli seoksessa
Cr	15.0–17,5	Muodostaa suojaavan cr₂o₃ -passiivisen kalvon pistämistä ja korroosionkestävyyttä varten
Sisä-	3.0–5.0	Vakauttaa säilytetyn austeniitin, sitkeyden ja taipuisuuden parantaminen
Cu	3.0–5.0	Saostuvat ε -cu ikääntymisen aikana, Saantolujuuden lisääminen jopa ~ 400mPa
Huom + Pintainen	0.15–0.45	Tarkentaa viljan kokoa ja sitoo hiilen NBC: ksi, Kromikarbidin muodostumisen estäminen
C	≤0,07	Myötävaikuttaa martensiittiseen kovuuteen, mutta pidetään alhaisena liiallisten hiilihyödykkeiden välttämiseksi
Mn	≤1,00	Acts as an austenite stabilizer and deoxidizer; Liiallinen on rajoitettu sisällyttämisen muodostumisen estämiseksi
Ja	≤1,00	Toimii deoksidaattorina sulamisen aikana; Ylimääräinen voi muodostaa hauraita silikidejä
P	≤0,04	Yleensä epäpuhtaus; pidetty alhaisena minimoimaan haju
S	≤0,03	Rikki voi parantaa konettavuutta, mutta on rajoitettu estämään kuumakahvat ja vähentynyt sitkeys
Fe	Saldo	Pohjamatriisielementti, Ferriitisen/martensiittisen selkärangan muodostaminen

Lisäksi, Fe - CR -NI - CU -vaihekaavio korostaa avainmuunnoslämpötilat.

Liuoksen hehkutuksen jälkeen yllä 1,020 ° C, Nopea sammutus muuttaa austeniitin martensiitiksi, martensiittisen aloituksen kanssa (Mₛ) lähellä 100 ° C ja viimeistely (M_f) Noin –50 ° C.

Siten, Tämä sammutus tuottaa täysin ylikyllästetyn martensiittisen matriisin, joka toimii perustana seuraaville sademäärälle kovettumiselle.

3. Lämpökäsittelyperiaatteet

Lämpöhoito 17-4PH: lle käsittää kaksi peräkkäistä vaihetta:

1. Ratkaisu (Ehto a): Liuottaa kuparin ja niobiumin saostumat austeniittiin ja tuottaa ylikyllästetyn martensiitin sammutuksen yhteydessä.
2. Sademäärä kovettuminen (Ikääntyminen): Muodostaa kuparirikkaita ε saosteita ja NBC -hiukkasia, jotka estävät dislokaation liikkeen.

Termodynaamisesta näkökulmasta, Copperilla on rajoitettu liukoisuus korkeassa lämpötilassa, mutta se saostuu alla 550 ° C.

Kineettisesti, ε -o 480 ° C, Tyypillisillä ikääntymissykleillä tasapainottaa hienoa sakan jakautumista ylimääräistä kasvua tai karhuntaa vastaan.

4. Ratkaisu (Ehto a) 17–4Ph ruostumattomasta teräksestä

Ratkaisu, nimeltään Ehto a, on kriittinen vaihe lämmönkäsittelyprosessissa 17-4ph ruostumattomasta teräksestä.

Tämä vaihe valmistelee materiaalia myöhempää ikääntymistä varten luomalla homogeeninen ja ylikyllästetty martensiittinen matriisi.

Tämän vaiheen tehokkuus määrittää teräksen lopulliset mekaaniset ominaisuudet ja korroosionkestävyys.

Ratkaisun hehkutus

• Liuota seostuselementit Suh Kuten, Huom, ja Ni austeniittiseen matriisiin korkeassa lämpötilassa.
• Mikrorakenne homogenisoi Segregaation ja jäännösjännitysten poistamiseksi aikaisemmasta prosessoinnista.
• Helpottaa martensiittista muutosta Jäähdytyksen aikana vahvan muodostamiseksi, ylikyllästetty martensiittinen emäs sademäärälle.

Tyypilliset lämpökäsittelyparametrit

Parametri	Arvoalue
Lämpötila	1020–1060 ° C
Liotusaika	30–60 minuuttia
Jäähdytysmenetelmä	Ilmajäähdytys tai öljyn sammutus

Muutoslämpötilat

Vaihesiirto	Lämpötila (° C)
Ac₁ (Austeniition aloitus)	~ 670
Ac₃ (Täydellinen austenitoituminen)	~ 740
Mₛ (Martensiitin alku)	80–140
M_f (Martensiitin viimeistely)	~ 32

Mikrorakenteinen tulos

Liuoskäsittelyn ja sammutuksen jälkeen, Mikrorakenne sisältää tyypillisesti:

• Vähähiilinen sorvi martensiitti (päävaihe): CU: n ja NB: n ylikylläste
• Jäljellä oleva austeniitti: Vähemmän kuin 5%, ellei sammuta liian hitaasti
• Satunnainen ferriitti: Voi muodostua, jos ylikuumennettu tai väärin jäähdytetty

Hyvin toteutettu liuoskäsittely tuottaa sakon, Yhdenmukainen Lath Martensite ilman kromikarbidin saostumista, mikä on välttämätöntä korroosionkestävyydelle ja myöhemmälle sademäärälle.

Liuoksen lämpötilan vaikutukset ominaisuuksiin

• <1020 ° C: Seoskarbidien epätäydellinen hajoaminen johtaa epätasaiseen austeniittiin ja matalalle martensiitti -kovuuteen.
• 1040 ° C: Optimaalinen kovuus ja rakenne, joka johtuu täydellisestä karbidin liukenemisesta ilman liiallista viljan kasvua.
• >1060 ° C: Liiallinen karbidin liukeneminen, lisääntynyt austeniitti, ferriitin muodostuminen, ja karkeammat jyvät vähentävät lopullista kovuutta ja suorituskykyä.

Opiskelija: Näytteen liuos käsitelty 1040 ° C osoitti korkein kovuus (~ 38 HRC) ja paras tasaisuus, Metallografisen analyysin mukaan.

5. Sademäärä kovettuminen (Ikääntyminen) Olosuhteet 17–4ph ruostumattomasta teräksestä

Sademäärä kovettuminen, tunnetaan myös nimellä ikääntyminen, on kriittisin vaihe 17–4 ruostumattoman teräksen lopullisten mekaanisten ominaisuuksien kehittämisessä.

Liuoksen hehkutuksen jälkeen (Ehto a), Ikääntymiskäsittelyt saostavat hienot hiukkaset-ensisijaisesti kuparirikkaat vaiheet-, jotka estävät dislokaation liikettä ja lisäävät merkittävästi lujuutta ja kovuutta.

Ikääntyvän hoidon tarkoitus

• -Lla Sappaa nanomittakaavan meMetalli -yhdisteet (lähinnä ε-cu) martensiittisen matriisin sisällä.
• -Lla Vahvista materiaalia hiukkasten dispersion avulla, saannon ja vetolujuuden parantaminen.
• -Lla Räätälöidä mekaaniset ja korroosioominaisuudet vaihtelevalla lämpötilan ja ajankohtana.
• Mikrorakenteen stabiloimiseksi ja pidätetyn austeniitin minimoimiseksi liuoksen hehkutuksesta.

Tavanomaiset ikääntymisolosuhteet

Ikääntymishoidot on nimetty "H" -olosuhteet, jokaisen heijastaen tiettyä lämpötila-/aikajaksoa. Yleisimmin käytetyt ikääntymisolosuhteet ovat:

Vahvuuden mekanismit

• Kuparirikas ε-vaihe saostuu Muoto ikääntymisen aikana, tyypillisesti ~ 2–10 nm.
• Nämä hiukkaset pin -dislokaatiot, Plastisen muodonmuutoksen estäminen.
• Saanen muodostumista säätelee ytimenmuodostus- ja diffuusiokinetiikka, kiihtyneet korkeammissa lämpötiloissa, mutta johtaen karkeampiin hiukkasiin.

Kompromissit ehtojen välillä

Oikean ikääntymisolosuhteiden valitseminen riippuu aiotusta sovelluksesta:

• H900: Enimmäislujuus; Sopii korkean kuormituksen ilmailu- tai työkalusovelluksiin, mutta on vähentänyt murtuman sitkeyttä ja SCC -vastustuskykyä.
• H1025 tai H1150: Parantunut sitkeys ja korroosionkestävyys; mieluummin petrokemian venttiileille, merenosat, ja painejärjestelmät.
• Kaksinkertainen ikääntyminen (H1150-D): Sisältää ikääntymisen 1150 ° C kahdesti, tai alemmalla toissijaisella askeleella (ESIM., H1150m); Käytetään parantaakseen mitat stabiilisuutta ja stressikorroosiokestävyyttä.

Ikääntymiseen vaikuttavat tekijät

• Aikaisempi ratkaisuhoito: Tasainen martensiittinen matriisi varmistaa jopa sademäärän.
• Jäähdytysnopeus liuoksella: Vaikuttaa säilytettyyn austeniitti- ja Cu -liukoisuuteen.
• Ilmakehän hallinta: Inertti kaasu- tai tyhjiöolosuhteet minimoivat hapettumisen ikääntymisen aikana.

Lisäaineen valmistettujen 17-4Ph: n ikääntyminen

Ainutlaatuisten mikrorakenteiden takia (ESIM., säilytetyt Δ-ferriitti- tai jäännösjännitykset), AM 17–4PH voi vaatia räätälöityjä ikääntymisjaksoja tai lämpö homogenointi Vaiheet ennen tavanomaista ikääntymistä.

Tutkimukset osoittavat, että H900 Ikääntyminen yksin ei välttämättä saavuta täydellistä sademäärää kovettumista AM-osiin ilman aikaisempaa jälkikäsittelyä.

6. Säätöhoito (Vaiheenvaihtohoito)

Viime vuosina, Tutkijat ovat ottaneet käyttöön alustavan säätöhoito, tunnetaan myös nimellä vaiheenvaihtohoito, Ennen tavanomaista ratkaisu- ja ikääntymisvaihetta 17–4 ph: n ruostumattomasta teräksestä.

Tämä ylimääräinen askel siirtyy tarkoituksella martensiittisen aloituksen (Mₛ) ja viimeistellä (M_f) muutoslämpötilat,

Hienomman martensiittisen matriisin luominen ja dramaattisesti parantaminen sekä mekaanisen että korroosion resistenssin suorituskykyä.

Tarkoituksena ja mekanismi.

Säätökäsittely käsittää teräksen pitämisen lämpötilassa juuri sen alemman kriittisen muunnospisteen alapuolella (Tyypillisesti 750–820 ° C) määrätty aika (1–4 h).

Tämän pidätyksen aikana, Osittainen käänteinen muunnos tuottaa hallitun määrän palautettua austeniittia.

Seurauksena, Myöhemmät sammuttavat "lukitsee" yhtenäisemmän martensiitin seoksen ja säilyttivät austeniitin, sorvien leveydet kutistuvat keskimäärin 2 µm alle 0,5–1 um.

Mekaaniset edut.

Kun insinöörit levittävät samaa ratkaisua (1,040 ° C × 1 h) ja tavallinen H900 -ikääntyminen (482 ° C × 1 h) myöhemmin, He tarkkailevat:

• Yli 2 × suurempi iskun sitkeys, kasvaa ~ 15 J: stä yli 35 J lämpötilassa -40 ° C.
• Saannan voimakkuus voitot 50–100 MPa, vain marginaalilla (5-10 %) Lasku kovuuteen.

Nämä parannukset johtuvat hienommasta, Lukittu martensiittinen verkko, joka pilkkaa halkeamien aloittamista ja levittää muodonmuutoksia tasaisemmin.

Korroosion resistenssin parannukset.

Hän on Euart nuorena., 17–4Ph -näytteitä tehtiin joko suora ikääntyminen tai säätö + ikääntyminen, sitten upotettu keinotekoiseen meriveteen.

Sähkökemialliset testit - kuten polarisaatiokäyrät ja impedanssispektroskopia - paljastivat, että säätöä käsitellyt näytteet esitetään:

• Eräs 0.2 V aatelisempi korroosiopotentiaali (E_corr) kuin suoraa ikääntyneitä kollegoja,
• Eräs 30 % alhaisempi vuotuinen korroosioaste, ja
• Muutos pisteen potentiaalissa (E_pit) ohella +0.15 V, osoittaen voimakkaamman pisteen resistenssin.

Instrumentaalianalyysi katsoi tämän käyttäytymisen kromien puuttuvien vyöhykkeiden eliminointiin viljarajoilla.

Säätöä käsitellyt näytteet, Kromi pysyy tasaisesti jakautuneena, Passiivisen elokuvan vahvistaminen kloridihyökkäyksiä vastaan.

Ajan ja lämpötilan optimointi.

Tutkijat tutkivat myös, kuinka vaihtelevat säätöparametrit vaikuttavat mikrorakenteeseen:

• Pidemmät (jopa 4 h) tarkentavat edelleen martensiittisia sorveja, mutta sitkeyden tasangon ulkopuolella 3 h.
• Korkeammat säätölämpötilat (jopa 820 ° C) Boost Ultimate -vetolujuus 5–8 % mutta vähennä venymistä 2–4 %.
• Jälkikäteen ikääntyminen korkeammissa lämpötiloissa (ESIM., H1025, 525 ° C) Pehmentää matriisia ja palauttaa sitkeyden uhraamatta korroosionkestävyyttä.

7. Mikrorakenteinen kehitys

Ikääntymisen aikana, Mikrorakenne muuttuu merkittävästi:

• ε -saostumalla: Pallomainen, 5–20 nm halkaisija; ne parantavat satolujuutta jopa 400 MPA.
• Ni ₃The ja Cr₇c₃ Carbides: Paikallistettu viljarajoihin, Nämä hiukkaset vakauttavat mikrorakenteen ja vastustavat karhuntaa.
• Palautettu austeniitti: Säätöhoito edistää ~ 5 % säilytti austeniitti, joka parantaa murtuman sitkeyttä 15 %.

TEM -analyysit vahvistavat ε -cu: n tasaisen hajonnan H900: ssa, kun taas H1150 -näytteillä on osittainen karhennus, kohdistuu niiden alempiin kovuusarvoihin.

8. Mekaaniset ominaisuudet & Suorituskyky 17-4Ph ruostumattomasta teräksestä

17-4Ph-ruostumattoman teräksen mekaaninen suorituskyky on yksi sen pakottavimmista ominaisuuksista.

Sen ainutlaatuinen yhdistelmä korkea vahvuus, hyvä sitkeys, ja tyydyttävä korroosionkestävyys - torjui kontrolloidun lämpökäsittelyn avulla,

Tekee siitä edullisen materiaalin vaativilla aloilla, kuten ilmailutila, petrokemian, ja ydinvoima.

Vahvuus ja kovuus ikääntymisolosuhteissa

17-4Ph: n mekaaninen lujuus vaihtelee merkittävästi ikääntymisolosuhteista riippuen, tyypillisesti nimetty H900, H1025, H1075, ja H1150.

Nämä viittaavat ikääntymislämpötilaan asteina Fahrenheit ja vaikuttavat tyyppiin, koko, ja vahvistuksen jakautuminen saostuu-ensisijaisesti ε-cu-hiukkaset.

Murtumislujuus ja taipuisuus

Murtuman sitkeys on kriittinen mittari dynaamisille tai iskukuormille altistuneille rakenteellisille komponenteille. 17-4PH: lla on vaihtelevia lujuustasoja ikääntymisolosuhteista riippuen.

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

Väsymiskestävyys

Syklisissä kuormitussovelluksissa, kuten lentokoneen rakenteet tai turbiinikomponentit, väsymiskestävyys on välttämätöntä. 17-4PH osoittaa erinomaisen väsymysten suorituskyvyn:

• Korkean tuottolujuus vähentää plastisia muodonmuutoksia.
• Hieno sakan rakenne, joka vastustaa halkeamien aloittamista.
• Martensitic -matriisi, joka tarjoaa vankan perustan.

Väsymisraja (H900):
~ 500 MPa kiertävässä taivutusväsymyksessä (ilmaympäristö)

Creep ja stressin repeämäkäyttäytyminen

Vaikka sitä ei tyypillisesti, 17-4PH kestää ajoittaisen altistumisen 315 ° C (600 ° f).

Tämän lisäksi, Lujuus alkaa heikentyä saostumien karaamisesta ja yli-ikääntymisestä.

• Ryömimismäärä: maltillinen jhk < 315 ° C
• Stressin repeämä elämä: herkkä ikääntymiskäsittelyyn ja käyttölämpötilaan

Kuluminen ja pinnan kovuus

17-4PH osoittaa hyvää kulutuskestävyyttä H900 -tilassa korkean kovuuden ja vakaan mikrorakenteen vuoksi.

Sovelluksissa, joihin sisältyy pintakäyttö tai liukukosketus (ESIM., venttiilin istuimet, akselit), Lisäpinnan kovettumiskäsittelyt, kuten nitridit tai PVD -pinnoitteet, voidaan käyttää.

9. Korroosionkestävyys & Ympäristönäkökohdat

Lämpökäsittelyn jälkeen, osia hapan passivointi (ESIM., 20 % H₂so₄ + Cro₃) vakaan cr₂o₃ -kerroksen muodostamiseksi. Siten:

• Pintakestävyys: H1150 -näytteet vastustavat pistämistä 0.5 M NaCl 25 ° C; H900 vastustaa 0.4 M.
• SCC -herkkyys: Molemmat ehdot vastaavat NACE TM0177 -standardeja hapan palvelusta, kun se on oikein passiivinen.

Lisäksi, Viimeinen ultraäänipuhdistusjakso vähentää pinnan sulkeumia 90 %, parantaa edelleen pitkäaikaisia ​​kestävyyttä aggressiivisissa välineissä.

10. 17–4 ph: n ruostumattoman teräksen teollisuussovellukset

Ilmailu-

• Laskukoneen komponentit
• Kiinnittimet ja varusteet
• Moottorin kiinnikkeet ja akselit
• Toimilaitteen kotelot

Petrokemialliset ja offshore -sovellukset

• Pumppiakselit
• Venttiilin varret ja istuimet
• Paineastiat ja laipat
• Kytkimet ja holkit

Sähköntuotanto

• Turbiinin terät ja levyt
• Ohjaustangon mekanismit
• Kiinnittimet ja tukirakenteet

Lääketieteelliset ja hammaslääketieteet

• Kirurgiset instrumentit
• Ortopediset työkalut
• Hammasimplantit ja käsikappaleet

Elintarvikkeiden jalostus ja kemialliset laitteet

• Kuljetinkomponentit
• Lämmönvaihtimet
• Korkean lujuuden muotit ja kuolevat
• Pesunkestävät laakerit

Lisäaineiden valmistus (Olen) ja 3D -tulostus

• Monimutkaiset ilmailu-
• Mukautetut työkalujen lisäykset
• Konformaaliset jäähdytysmuotit

11. Johtopäätös

17–4ph lämmönhoito Prosessi tarjoaa spektrin räätälöityjä ominaisuuksia manipuloimalla ratkaisua, säätö, ja ikääntymisparametrit.

Hyväksymällä parhaat käytännöt - kuten ± 5 ° C uunin ohjaus, tarkka ajoitus, ja asianmukainen passivointi - suunnittelijat saavuttavat luotettavasti vaadittavat vahvuusyhdistelmät, sitkeys, ja korroosionkestävyys.

Tämä on täydellinen valinta valmistustarpeisiisi, jos tarvitset korkealaatuista 17--4ph ruostumaton teräs osa.

Ota yhteyttä tänään!