17–4PH rozsdamentes acél hőkezelési folyamat

1. Bevezetés

17–4PH rozsdamentes acél kiemelkedik a csapadék -keményítésként (PH) Ötvözet, amely ötvözi a korrózióállóságot a nagy szilárdsággal.

15–17.5 -ből áll % króm, 3–5 % nikkel, 3–5 % réz, és 0,15–0,45 % nióbium, A ferrit -martenzites családhoz tartozik.

Következésképpen, A gyártók olyan igényes ágazatokban alkalmazzák, mint például az űrrepülés (leszállási csapok), petrolkémiai (szelepdarab), és szerszámok (formák és meghalnak).

Ebben a cikkben, belemerülünk a teljes hőkezelési ciklusba, Az oldat -lágyítás lefedése, beállítási kezelés, öregedés, és mikroszerkezeti evolúció.

2. Anyagi háttér & Kohászati ​​alap

17–4ph a ferrit -martenzitikus A rozsdamentes acélok osztálya, egy testközpontú tetragonális kombinálása (BCT) Martenzitikus mátrix finom csapadékfázisokkal az erősség érdekében.

Kémiai összetétel

Elem	Hatótávolság (tömeg%)	Elsődleges szerep az ötvözetben
CR	15.0–17.5	Védő cr₂o₃ passzív filmet képez a pontozáshoz és a korrózióállósághoz
-Ben	3.0–5.0	Stabilizálja a visszatartott austenitet, A keménység és a rugalmasság javítása
CU	3.0–5.0	Az öregedés során ε -CU -ként csapódik be, A hozam szilárdságának fokozása ~ 400mPa -ig
Földrajzi jelzés + Szembe néző	0.15–0.45	Finomítja a gabona méretét és a szénet NBC -ként köti össze, A króm -karbid képződésének megakadályozása
C	≤0,07	Hozzájárul a martenzit keménységhez, de alacsonyan tartja a túlzott karbidok elkerülése érdekében
MN	≤1,00	Austenit stabilizátorként és deoxidizátorként működik; A felesleg korlátozott a beillesztés kialakulásának megakadályozására
És	≤1,00	Dezoxidizátorként szolgál az olvadás közben; A felesleg törékeny szilikidokat képezhet
P	≤0,04	Általában szennyeződésnek tekintik; alacsonyan tartva az öblítés minimalizálása érdekében
S	≤0,03	A kén javíthatja a megmunkálhatóságot, de korlátozva a forró ütés és a csökkentett keménység megakadályozására
FE	Egyensúly	Alapmátrix elem, A ferrit/martenzitikus gerinc kialakítása

Továbbá, A Fe - Cr - Ni - Cu fázisdiagram kiemeli a kulcsátalakítási hőmérsékleteket.

A fenti oldat lágyítás után 1,020 ° C, A gyors oltás az austenitet martenzitré alakítja, Martenzites indítással (Mₛ) közel 100 ° C és befejezés (M_F) –50 ° C körül.

Következésképpen, Ez az oltás egy teljesen túltelített martenzites mátrixot eredményez, amely a későbbi csapadékkeményítés alapjául szolgál..

3. Hőkezelés alapjai

A 17-4Ph hőkezelése két szekvenciális lépést tartalmaz:

1. Oldat -lágyítás (Feltétel a): Feloldja a réz- és niobium kicsapódást az austenitben, és a oltáson túltelített martenzitet termel.
2. Csapadékkeményítés (Öregedés): A réz -gazdag ε kicsapások és az NBC részecskék formája, amelyek blokkolják a diszlokációs mozgást.

Termodinamikai szempontból, A réz korlátozott oldhatósággal rendelkezik magas hőmérsékleten, de az alábbiakban kicsapódik 550 ° C.

Kinetikusan, ε -O 480 ° C, A tipikus öregedési ciklusokkal egyensúlyba hozzák a finom csapadék eloszlását a túlnövekedés vagy a durván.

4. Oldat -lágyítás (Feltétel a) 17–4 órás rozsdamentes acélból

Oldat -lágyítás, nevezett Feltétel a, a 17-4Ph rozsdamentes acél hőkezelési folyamatának kritikus szakasza.

Ez a lépés elkészíti az anyagot a későbbi öregedéshez egy homogén és túltelített martenzitikus mátrix létrehozásával.

Ennek a fázisnak a hatékonysága határozza meg az acél végső mechanikai tulajdonságait és korrózióállóságát.

A megoldás lágyításának célja

• Oldja fel az ötvözet elemeket suh, mint, Földrajzi jelzés, és Ni az austenit mátrixba magas hőmérsékleten.
• Homogenizálja a mikroszerkezetet A szegregáció és a fennmaradó feszültségek kiküszöbölése az előző feldolgozásból.
• Megkönnyíti a martenzit transzformációt hűtés közben, hogy erős legyen, túltelítetten telítetlen martenzites bázis a csapadékkeményítéshez.

Tipikus hőkezelési paraméterek

Paraméter	Értéktartomány
Hőmérséklet	1020–1060 ° C
Áztatási idő	30–60 perc
Hűtési módszer	Léghűtés vagy olaj -oltás

Átalakulási hőmérséklet

Fázisátmenet	Hőmérséklet (° C)
AC₁ (Az austenitizáció kezdete)	~ 670
AC₃ (Teljes austenitizáció)	~ 740
Mₛ (A martenzit kezdete)	80–140
M_F (A martenzit befejezése)	~ 32

Mikroszerkezeti eredmény

Oldatkezelés és kioltás után, A mikroszerkezet általában magában foglalja:

• Alacsony széntartalmú léc martenzit (elsődleges szakasz): Túlteljesítve a Cu -val és az NB -vel
• Nyomkövetés maradék austenit: Kevesebb, mint 5%, Hacsak nem oltják túl lassan
• Alkalmi ferrit: Formálódhat, ha túlmelegedik vagy nem megfelelően lehűltek

A jól végrehajtott megoldáskezelés bírságot eredményez, Egységes lath martenzit króm -karbid csapadék nélkül, ami elengedhetetlen a korrózióállósághoz és az azt követő csapadékkeményítéshez.

Az oldat hőmérsékletének hatása a tulajdonságokra

• <1020 ° C: Az ötvözött karbidok hiányos feloldása egyenetlen austenithez és alacsony martenzit keménységhez vezet.
• 1040 ° C: Optimális keménység és szerkezet a teljes karbid -oldódás miatt, túlzott gabona növekedése nélkül.
• >1060 ° C: Túlzott karbid feloldódás, megnövekedett megtartott austenit, ferritképződés, és a durvabb szemcsék csökkentik a végső keménységet és teljesítményt.

Tanulmányi betekintés: A minták megoldása kezelt 1040 ° C mutatta a legmagasabb keménységet (~ 38 óra) És a legjobb egységesség, A metallográfiai elemzés szerint.

5. Csapadékkeményítés (Öregedés) 17–4 órás rozsdamentes acél körülményei

Csapadékkeményítés, más néven is ismert öregedés, a legkritikusabb fázis a 17–4 rozsdamentes acél végső mechanikai tulajdonságainak kidolgozásában.

A megoldás lágyítás után (Feltétel a), Az öregedő kezelések a finom részecskéket-elsősorban rézben gazdag fázisokat-csapják be, amelyek akadályozzák a diszlokációs mozgást, és jelentősen növelik az erőt és a keménységet.

Az öregedési kezelés célja

• -Hoz csapadék nanoméretű intermetall vegyületek (főleg ε-cu) a martenzit mátrixon belül.
• -Hoz Erősítse meg az anyagot részecske -diszperzióval, A hozam és a szakítószilárdság javítása.
• -Hoz szabó mechanikai és korróziós tulajdonságok változó hőmérsékleten és idővel.
• A mikroszerkezet stabilizálása és a megtartott austenit minimalizálása az oldat lágyításából.

Szokásos öregedési feltételek

Az öregedő kezeléseket jelöli „H” feltételek, Mindegyik egy adott hőmérsékleti/időciklus tükrözésével. A leggyakrabban használt öregedési feltételek a:

Erősítő mechanizmusok

• Rézben gazdag ε-fázis csapadék forma az öregedés közben, Általában ~ 2–10 nm méretű.
• Ezek a részecskék PIN -diszlokációk, A plasztikus deformáció gátlása.
• A csapadékképződést az irányítja nukleáció és diffúziós kinetika, magasabb hőmérsékleten gyorsult, de durvabb részecskéket eredményez.

Kompromisszumok a feltételek között

A megfelelő öregedési állapot kiválasztása a tervezett alkalmazástól függ:

• H900: Maximális szilárdság; alkalmas nagy terhelésű repülőgép- vagy szerszámkészítési alkalmazásokra, de csökkentette a törési szilárdság és az SCC ellenállás.
• H1025 vagy H1150: Fokozott keménység és korrózióállóság; Előnyben részesített petrolkémiai szelepeknél, tengeri alkatrészek, és nyomásrendszerek.
• Kettős öregedés (H1150-D): Magában foglalja az öregedést 1150 ° C kétszer, Vagy egy alsó másodlagos lépéssel (PÉLDÁUL., H1150m); a dimenziós stabilitás és a stressz korrózióállóság további javítására szolgál.

Az öregedés hatékonyságát befolyásoló tényezők

• Előzetes megoldáskezelés: Az egységes martenzitikus mátrix még a csapadékot is biztosítja.
• Hűtési sebesség az oldat utáni: Befolyásolja a megtartott austenit és a Cu oldhatóságát.
• Légköri szabályozás: Inert gáz vagy vákuumfeltételek minimalizálják az oxidációt az öregedés során.

Az adalékanyag-gyártású 17-4Ph öregedése

Az egyedi mikroszerkezetek miatt (PÉLDÁUL., megtartott δ-ferrit vagy maradék feszültségek), AM 17-4PH -nak testreszabott öregedési ciklusokat igényelhet, vagy termikus homogenizáció Lépések a szokásos öregedés előtt.

A tanulmányok azt mutatják, hogy H900 öregedés egyedül Lehet, hogy nem érheti el a teljes csapadékkeményedést az AM alkatrészekben, előzetes utófeldolgozás nélkül.

6. Beállítási kezelés (Fázisváltás kezelés)

Az utóbbi években, A kutatók előzetesen vezettek be beállítási kezelés, más néven is ismert fázisváltás kezelés, A hagyományos megoldás -ehhezési és öregedési lépések előtt a 17–4 órás rozsdamentes acélhoz.

Ez az extra lépés szándékosan elmozdítja a martenzit indulását (Mₛ) és befejezve (M_F) átalakulási hőmérséklet,

Finomabb martenzitikus mátrix létrehozása, és drámai módon javítja mind a mechanikai, mind a korrózió -rezisztencia teljesítményt.

Cél és mechanizmus.

A beállítási kezelés magában foglalja az acél hőmérsékleten történő tartását közvetlenül az alacsonyabb kritikus transzformációs pontja alatt (Általában 750–820 ° C) előírt időre (1–4 óra).

E tartás alatt, A részleges fordított transzformáció ellenőrzött mennyiségű visszaállított austenitet eredményez.

Ennek eredményeként, A későbbi oltás „zárja be” a martenzit egységesebb keverékét és megtartotta az austenitet, a léc szélességével csökken az átlagtól 2 µm 0,5–1 um -ra csökken.

Mechanikai előnyök.

Amikor a mérnökök ugyanazt a megoldást alkalmazzák (1,040 ° C × 1 H) és a szokásos H900 öregedés (482 ° C × 1 H) utána, Megfigyelik:

• Több mint 2 × magasabb ütési szilárdság, növekszik ~ 15 J -ről 35 J –40 ° C -on.
• A hozam erősítést nyer 50–100 MPa, csak marginális (5–10 %) csepp a keménységbe.

Ezek a javítások a finomabbból származnak, az összekapcsolt martenzitikus hálózat, amely tompítja a repedés kezdeményezését és egyenletesebben terjeszti a deformációt.

Korrózió -rezisztencia javítások.

Fiatalonként Euart., 17–4PH minták közvetlen öregedéssel vagy beállításon mentek keresztül + öregedés, aztán belemerült a mesterséges tengervízbe.

Elektrokémiai tesztek - például a polarizációs görbék és az impedancia -spektroszkópia - azt mutatják, hogy a beállítással kezelt példányok mutattak:

• A 0.2 V nemesebb korróziós potenciál (E_corr) mint a közvetlen öregített társaik,
• A 30 % alacsonyabb éves korróziós ráta, és
• A pontozási potenciál eltolódása (E_pit) által +0.15 V, jelezve az erősebb pontosság -rezisztenciát.

Az instrumentális elemzés ezt a viselkedést a króm -kimenetelű zónák kiküszöbölésének tulajdonította a gabonahatárokon.

A beállítással kezelt mintákban, A króm egyenletesen eloszlik, A passzív film megerősítése a klorid támadás ellen.

Az idő és a hőmérséklet optimalizálása.

A kutatók azt is megvizsgálták, hogy a változó beállítási paraméterek hogyan befolyásolják a mikroszerkezetet:

• Hosszabb tartás (-ig 4 H) Finomítsuk tovább a martenzites léceket, de a fennsíkon túl a fennsíkon túl 3 H.
• Magasabb beállítási hőmérsékletek (-ig 820 ° C) Fokozza a végső szakítószilárdságot 5–8 -ig % De csökkentse a meghosszabbítást 2–4 -rel %.
• A feltételezés utáni öregedés után magasabb hőmérsékleten (PÉLDÁUL., H1025, 525 ° C) lágyítja a mátrixot és helyreállítja a rugalmasságot a korrózióállóság feláldozása nélkül.

7. Mikroszerkezeti evolúció

Öregedés közben, A mikroszerkezet jelentősen átalakul:

• ε -csapadékkal: Gömbölyű, 5–20 nm átmérőjű; Fokozva javítják a hozam erejét 400 MPA.
• Ni ₃the és cr₇c₃ karbidok: Lokalizálva a gabonahatárokon, Ezek a részecskék stabilizálják a mikroszerkezetet és ellenállnak a durvaságnak.
• Visszaállított austenit: A kiigazítási kezelés elősegíti a ~ 5 -et % megtartott austenit, ami javítja a törés keménységét 15 %.

A TEM elemzések megerősítik az ε -CU egyenletes diszperzióját a H900 -ban, Míg a H1150 minták részleges durvaságot mutatnak, Összehangolva az alacsonyabb keménységi értékekhez.

8. Mechanikai tulajdonságok & A 17-4PH rozsdamentes acél teljesítménye

A 17-4PP-os rozsdamentes acél mechanikai teljesítménye az egyik legérdekesebb attribútuma.

A nagy szilárdságú egyedi kombinációja, jó keménység, és kielégítő korrózióállóság - ellenőrzött hőkezelés útján.,

az igényes ágazatokban, például az űrrepülésben előnyben részesített anyaggá teszi, petrolkémiai, és az atomenergia.

Erő és keménység az öregedés körülmények között

A 17-4Ph mechanikai erőssége az öregedési állapottól függően jelentősen változik, Általában H900 -nak jelölve, H1025, H1075, és H1150.

Ezek az öregedési hőmérsékletre utalnak a Fahrenheit fokon, és befolyásolják a típust, méret, és az erősítő csapadékok eloszlása-elsősorban ε-Cu részecskék.

Törési szilárdság és rugalmasság

A törésszilárdság kritikus mutató a dinamikus vagy ütés terhelésnek kitett szerkezeti alkatrészek számára. 17-4A pH az öregedési állapottól függően változó szilárdsági szintet mutat.

• H900: ~ 60–70 MPA√M
• H1150: ~ 90–110 MPA√M

Fáradtság ellenállás

Ciklikus betöltési alkalmazásokban, például repülőgép -szerkezetekben vagy turbina alkatrészekben, elengedhetetlen a fáradtság ellenállás. 17-4A pH kiváló fáradtsági teljesítményt mutat:

• Magas hozam -szilárdság csökkenti a műanyag deformációt.
• Finom csapadékszerkezet, amely ellenzi a repedés kezdeményezését.
• Martenzitikus mátrix, amely robusztus alapot nyújt.

Fáradtsági határérték (H900):
~ 500 MPa forgó hajlító fáradtságban (légi környezet)

Kúszó és stressz repedési viselkedés

Bár általában nem használják a magas hőmérsékletű kúszó ellenálláshoz, 17-4A pH képes ellenállni az időszakos expozíciónak 315 ° C (600 ° F).

Ezen túl, Az erő romlik a csapadékok durva és túl öregedése miatt.

• Kúszószilárdság: mérsékelt < 315 ° C
• Stressz repedési élettartam: Érzékeny az öregedés kezelésére és az üzemi hőmérsékletre

Kopás és felületi keménység

17-4A pH jó kopásállóságot mutat a H900 állapotban a magas keménység és a stabil mikroszerkezet miatt.

A felszíni kopás vagy csúszó érintkezést magában foglaló alkalmazásokban (PÉLDÁUL., szelepülések, tengelyek), További felszíni edzési kezelések, például nitrid vagy PVD bevonatok alkalmazhatók.

9. Korrózióállóság & Környezetvédelmi megfontolások

Hőkezelés után, Alkatrészek savas passziváció (PÉLDÁUL., 20 % H₂so₄ + Cro₃) stabil cr₂o₃ réteg kialakításához. Következésképpen:

• Hüvelyes ellenállás: H1150 minták ellenállnak 0.5 M NaCl 25 ° C; A H900 ellenáll 0.4 M.
• SCC -érzékenység: Mindkét feltétel megfelel a NACE TM0177 szabványoknak, ha helyesen passziválják.

Ráadásul, A végső ultrahangos tisztítási ciklus csökkenti a felületi zárványokat 90 %, A hosszú távú tartósság további javítása az agresszív médiában.

10. Ipari alkalmazások 17–4 órás rozsdamentes acélból

Repülőipar

• Futómű alkatrészei
• Rögzítőelemek és szerelvények
• Motorkonzolok és tengelyek
• Működtető házak

Petrolkémiai és tengeri alkalmazások

• Szivattyú tengelyek
• Szelepszár és ülés
• Nyomás edények és karimák
• Tengelykapcsolók és perselyek

Energiatermelés

• Turbina pengék és lemezek
• Vezérlő rúdmechanizmusok
• Rögzítőelemek és tartószerkezetek

Orvosi és fogászati ​​eszközök

• Műtéti eszközök
• Ortopédiai eszközök
• Fogászati ​​implantátumok és kézi darabok

Élelmiszer -feldolgozó és vegyi berendezések

• Szállítószalag alkatrészei
• Hőcserélők
• Nagy szilárdságú öntőformák és meghalnak
• Mosdásálló csapágyak

Additív gyártás (AM) és 3D nyomtatás

• Komplex űrhajókonzolok
• Testreszabott szerszámbetétek
• Konformális hűtőformák

11. Következtetés

A 17–4PH hőkezelés A folyamat a testreszabott tulajdonságok spektrumát kínálja a megoldás -szellőzés manipulálásával, beállítás, és az öregedési paraméterek.

A bevált gyakorlatok - például ± 5 ° C -os kemence -ellenőrzés elfogadásával, pontos időzítés, és a megfelelő passziváció - az mérnökök megbízhatóan elérik az erőre vonatkozó előírt szilárdsági kombinációkat, szívósság, és korrózióállóság.

EZ a tökéletes választás a gyártási igényekhez, ha magas színvonalra van szüksége 17--4ph rozsdamentes acél alkatrészek.

Vegye fel velünk a kapcsolatot ma!