17–4ph proses perlakuan panas stainless steel

1. Perkenalan

17‑Baja tahan karat 4PH menonjol karena pengerasan presipitasi (Ph) paduan yang memadukan ketahanan korosi dengan kekuatan tinggi.

Terdiri dari 15–17,5 % kromium, 3–5 % nikel, 3–5 % tembaga, dan 0,15–0,45 % niobium, itu milik keluarga feritik-martensit.

Akibatnya, produsen menggunakannya di sektor-sektor yang menuntut seperti dirgantara (pin roda pendaratan), Petrokimia (trim katup), dan perkakas (berjamur dan mati).

Dalam artikel ini, kita akan mempelajari siklus perlakuan panas secara lengkap, meliputi solusi anil, perawatan penyesuaian, penuaan, dan evolusi mikrostruktur.

2. Latar Belakang Materi & Dasar Metalurgi

17‑ 4PH milik feritik‑martensit kelas baja tahan karat, menggabungkan tetragonal yang berpusat pada tubuh (SM) matriks martensit dengan fase pengendapan halus untuk kekuatan.

Komposisi Kimia

Elemen	Jangkauan (wt%)	Peran Utama dalam Paduan
Cr	15.0–17.5	Membentuk film pasif pelindung Cr₂O₃ untuk ketahanan terhadap lubang dan korosi
Di dalam	3.0–5.0	Menstabilkan austenit yang tertahan, meningkatkan ketangguhan dan keuletan
Cu	3.0–5.0	Mengendap sebagai ε‑Cu selama penuaan, meningkatkan kekuatan luluh hingga ~400MPa
NB + Menghadap	0.15–0.45	Memperbaiki ukuran butir dan mengikat karbon menjadi NbC, mencegah pembentukan kromium karbida
C	≤0.07	Berkontribusi terhadap kekerasan martensit tetapi tetap rendah untuk menghindari karbida yang berlebihan
M N	≤1.00	Bertindak sebagai penstabil austenit dan deoksidasi; kelebihan dibatasi untuk mencegah pembentukan inklusi
Dan	≤1.00	Berfungsi sebagai deoxidizer selama peleburan; kelebihannya dapat membentuk silisida yang rapuh
P	≤0,04	Umumnya dianggap sebagai pengotor; tetap rendah untuk meminimalkan penggetasan
S	≤0.03	Sulfur dapat meningkatkan kemampuan mesin namun terbatas pada mencegah keretakan akibat panas dan mengurangi ketangguhan
Fe	Keseimbangan	Elemen matriks dasar, membentuk tulang punggung feritik/martensit

Lebih-lebih lagi, diagram fase Fe–Cr–Ni–Cu menyoroti suhu transformasi utama.

Setelah larutan anil di atas 1,020 ° C., pendinginan cepat mengubah austenit menjadi martensit, dengan permulaan martensit (Mₛ) di dekat 100 °C dan selesai (M_f) sekitar –50 °C.

Akibatnya, pendinginan ini menghasilkan matriks martensit jenuh penuh yang berfungsi sebagai dasar untuk pengerasan presipitasi selanjutnya.

3. Dasar-dasar Perlakuan Panas

Perlakuan panas untuk 17‑ 4PH terdiri dari dua langkah berurutan:

1. Solusi anil (Kondisi a): Melarutkan endapan tembaga dan niobium dalam austenit dan menghasilkan martensit lewat jenuh setelah pendinginan.
2. Pengerasan presipitasi (Penuaan): Membentuk endapan ε yang kaya tembaga dan partikel NbC yang menghalangi gerakan dislokasi.

Dari sudut pandang termodinamika, tembaga menunjukkan kelarutan terbatas pada suhu tinggi tetapi mengendap di bawah 550 ° C..

Secara kinetik, ε‑O 480 ° C., dengan siklus penuaan yang khas yang menyeimbangkan distribusi endapan halus melawan pertumbuhan berlebih atau pengkasaran.

4. Solusi anil (Kondisi a) dari Baja Tahan Karat 17‑ 4PH

Solusi anil, disebut sebagai Kondisi a, merupakan tahapan penting dalam proses perlakuan panas baja tahan karat 17-4PH.

Langkah ini mempersiapkan bahan untuk penuaan berikutnya dengan menciptakan matriks martensit yang homogen dan jenuh.

Efektivitas fase ini menentukan sifat mekanik akhir dan ketahanan korosi baja.

Tujuan Solusi Annealing

• Larutkan unsur paduan seperti Cu, NB, dan Ni ke dalam matriks austenitik pada suhu tinggi.
• Homogenkan struktur mikro untuk menghilangkan segregasi dan tegangan sisa dari pemrosesan sebelumnya.
• Memfasilitasi transformasi martensit selama pendinginan untuk membentuk yang kuat, basa martensit lewat jenuh untuk pengerasan presipitasi.

Parameter Perlakuan Panas Khas

Parameter	Rentang Nilai
Suhu	1020–1060°C
Waktu Perendaman	30–60 menit
Metode pendinginan	Pendinginan udara atau pendinginan oli

Suhu Transformasi

Transisi Fase	Suhu (° C.)
Ac₁ (Mulai dari austenitisasi)	~670
Ac₃ (Austenitisasi lengkap)	~740
Mₛ (Mulai dari martensit)	80–140
M_f (Selesai dari martensit)	~32

Hasil Mikrostruktur

Setelah perawatan larutan dan pendinginan, struktur mikro biasanya mencakup:

• Martensit reng rendah karbon (fase primer): Jenuh dengan Cu dan Nb
• Melacak sisa austenit: Kurang dari 5%, kecuali padam terlalu lambat
• Ferit sesekali: Dapat terbentuk jika terlalu panas atau tidak didinginkan dengan benar

Perawatan solusi yang dilaksanakan dengan baik akan menghasilkan denda, martensit bilah seragam tanpa pengendapan kromium karbida, yang penting untuk ketahanan terhadap korosi dan pengerasan presipitasi selanjutnya.

Pengaruh Suhu Larutan terhadap Sifat

• <1020 ° C.: Pelarutan paduan karbida yang tidak sempurna menyebabkan austenit tidak merata dan kekerasan martensit rendah.
• 1040 ° C.: Kekerasan dan struktur optimal karena pembubaran karbida penuh tanpa pertumbuhan butiran yang berlebihan.
• >1060 ° C.: Pembubaran karbida yang berlebihan, peningkatan sisa austenit, pembentukan ferit, dan butiran yang lebih kasar mengurangi kekerasan dan kinerja akhir.

Wawasan Studi: Sampel yang diolah dengan larutan di 1040 °C menunjukkan kekerasan tertinggi (~38 jam) dan keseragaman terbaik, sesuai analisis metalografi.

5. Pengerasan presipitasi (Penuaan) Kondisi Baja Tahan Karat 17‑4PH

Pengerasan presipitasi, juga dikenal sebagai penuaan, adalah fase paling kritis dalam pengembangan sifat mekanik akhir baja tahan karat 17‑4.

Setelah anil larutan (Kondisi a), perawatan penuaan mengendapkan partikel halus—terutama fase kaya tembaga—yang menghambat gerakan dislokasi dan secara signifikan meningkatkan kekuatan dan kekerasan.

Tujuan Perawatan Penuaan

• Ke mengendapkan senyawa intermetalik berskala nano (terutama ε-Cu) dalam matriks martensitik.
• Ke memperkuat material melalui dispersi partikel, meningkatkan hasil dan kekuatan tarik.
• Ke menyesuaikan sifat mekanik dan korosi dengan memvariasikan suhu dan waktu.
• Untuk menstabilkan struktur mikro dan meminimalkan sisa austenit dari larutan anil.

Kondisi Penuaan Standar

Perawatan penuaan ditentukan oleh kondisi “H”., dengan masing-masing mencerminkan siklus suhu/waktu tertentu. Kondisi penuaan yang paling umum digunakan adalah:

Mekanisme Penguatan

• Endapan fase ε yang kaya tembaga terbentuk selama penuaan, biasanya berukuran ~2–10 nm.
• Partikel-partikel ini dislokasi pin, menghambat deformasi plastis.
• Pembentukan endapan diatur oleh kinetika nukleasi dan difusi, dipercepat pada suhu yang lebih tinggi tetapi menghasilkan partikel yang lebih kasar.

Pertukaran Antar Kondisi

Pemilihan kondisi penuaan yang tepat bergantung pada tujuan penerapannya:

• H900: Kekuatan maksimal; cocok untuk aplikasi kedirgantaraan atau perkakas beban tinggi, tetapi telah mengurangi ketangguhan patah dan ketahanan SCC.
• H1025 atau H1150: Peningkatan ketangguhan dan ketahanan terhadap korosi; lebih disukai untuk katup petrokimia, bagian laut, dan sistem tekanan.
• Penuaan Ganda (H1150-D): Melibatkan penuaan di 1150 °C dua kali, atau dengan langkah menengah bawah (MISALNYA., H1150M); digunakan untuk lebih meningkatkan stabilitas dimensi dan ketahanan terhadap korosi tegangan.

Faktor yang Mempengaruhi Efektivitas Penuaan

• Perawatan solusi sebelumnya: Matriks martensit yang seragam memastikan presipitasi yang merata.
• Laju pendinginan pasca-solusi: Mempengaruhi kelarutan austenit dan Cu yang tertahan.
• Kontrol atmosfer: Kondisi gas inert atau vakum meminimalkan oksidasi selama penuaan.

Penuaan Aditif-Diproduksi 17-4PH

Karena struktur mikro yang unik (MISALNYA., mempertahankan δ-ferit atau tegangan sisa), AM 17‑4PH mungkin memerlukan siklus penuaan yang disesuaikan atau homogenisasi termal langkah sebelum penuaan standar.

Penelitian menunjukkan hal itu H900 penuaan saja mungkin tidak mencapai pengerasan presipitasi penuh di bagian AM tanpa pasca-pemrosesan sebelumnya.

6. Perawatan Penyesuaian (Perawatan Perubahan Fase)

Dalam beberapa tahun terakhir, peneliti telah memperkenalkan pendahuluan perawatan penyesuaian, juga dikenal sebagai pengobatan perubahan fase, sebelum langkah anil dan penuaan konvensional untuk baja tahan karat 17‑4PH.

Langkah ekstra ini dengan sengaja menggeser permulaan martensitik (Mₛ) dan selesai (M_f) suhu transformasi,

menciptakan matriks martensit yang lebih halus dan secara dramatis meningkatkan kinerja mekanis dan ketahanan korosi.

Tujuan dan Mekanisme.

Perlakuan penyesuaian melibatkan penahanan baja pada suhu tepat di bawah titik transformasi kritis yang lebih rendah (biasanya 750–820 °C) untuk waktu yang ditentukan (1–4 jam).

Selama penahanan ini, transformasi terbalik parsial menghasilkan sejumlah austenit balik yang terkendali.

Sebagai akibat, pendinginan selanjutnya “mengunci” campuran martensit dan austenit yang lebih seragam, dengan lebar reng menyusut dari rata-rata 2 µm turun menjadi 0,5–1 µm.

Manfaat Mekanis.

Saat para insinyur menerapkan solusi-anil yang sama (1,040 °C× 1 H) dan penuaan standar H900 (482 °C× 1 H) kemudian, mereka mengamati:

• Ketangguhan impak lebih dari 2× lebih tinggi, meningkat dari ~15 J ke atas 35 J pada –40 °C.
• Kekuatan hasil bertambah sebesar 50–100 MPa, dengan hanya marginal (5–10 %) penurunan kekerasan.

Perbaikan ini berasal dari yang lebih baik, jaringan martensit yang saling bertautan yang menumpulkan inisiasi retak dan menyebarkan deformasi secara lebih merata.

Peningkatan Ketahanan Korosi.

Dia euart pada usia muda., 17‑Sampel 4PH mengalami penuaan atau penyesuaian langsung + penuaan, kemudian direndam dalam air laut buatan.

Uji elektrokimia—seperti kurva polarisasi dan spektroskopi impedansi—mengungkapkan bahwa spesimen yang diberi perlakuan penyesuaian menunjukkan:

• A 0.2 V potensi korosi yang lebih mulia (E_corr) dibandingkan rekan-rekan mereka yang berusia langsung,
• A 30 % tingkat korosi tahunan yang lebih rendah, Dan
• Pergeseran potensi pitting (E_pit) oleh +0.15 V, menunjukkan ketahanan pitting yang lebih kuat.

Analisis instrumental menghubungkan perilaku ini dengan penghapusan zona kekurangan kromium pada batas butir.

Dalam sampel yang diberi perlakuan penyesuaian, kromium tetap terdistribusi secara merata, memperkuat film pasif terhadap serangan klorida.

Optimalisasi Waktu dan Suhu.

Para peneliti juga menyelidiki bagaimana berbagai parameter penyesuaian mempengaruhi struktur mikro:

• Tahan lebih lama (hingga 4 H) menyempurnakan lebih lanjut mesin bubut martensit tetapi tingkat ketangguhannya tetap tinggi 3 H.
• Suhu penyesuaian yang lebih tinggi (hingga 820 ° C.) meningkatkan kekuatan tarik pamungkas sebesar 5–8 % tetapi kurangi perpanjangan sebesar 2–4 %.
• Penuaan pasca-pengkondisian pada suhu yang lebih tinggi (MISALNYA., H1025, 525 ° C.) melembutkan matriks dan mengembalikan keuletan tanpa mengorbankan ketahanan terhadap korosi.

7. Evolusi Mikrostruktur

Selama penuaan, struktur mikro berubah secara signifikan:

• ε-Cu Mengendap: Bulat, 5diameter –20nm; mereka meningkatkan kekuatan luluh hingga 400 MPa.
• NI ₃the dan CR₇c₃ Karbida: Terlokalisasi pada batas butir, partikel-partikel ini menstabilkan struktur mikro dan menahan pengkasaran.
• Mengembalikan Austenit: Perawatan penyesuaian meningkatkan ~5 % mempertahankan austenit, yang meningkatkan ketangguhan patah dengan 15 %.

Analisis TEM mengkonfirmasi dispersi ε‑Cu yang merata pada H900, sedangkan sampel H1150 menunjukkan kekasaran parsial, selaras dengan nilai kekerasannya yang lebih rendah.

8. Sifat mekanik & Kinerja Baja Tahan Karat 17-4PH

Kinerja mekanis baja tahan karat 17-4PH adalah salah satu atributnya yang paling menarik.

Kombinasi unik dari kekuatan tinggi, ketangguhan yang baik, dan ketahanan terhadap korosi yang memuaskan—dicapai melalui perlakuan panas yang terkontrol,

menjadikannya bahan pilihan di sektor-sektor yang menuntut seperti dirgantara, Petrokimia, dan tenaga nuklir.

Kekuatan dan Kekerasan pada Kondisi Penuaan

Kekuatan mekanik 17-4PH sangat bervariasi tergantung pada kondisi penuaan, biasanya disebut sebagai H900, H1025, H1075, dan H1150.

Ini mengacu pada suhu penuaan dalam derajat Fahrenheit dan mempengaruhi jenisnya, ukuran, dan distribusi endapan yang menguatkan—terutama partikel ε-Cu.

Ketangguhan dan Daktilitas Patah

Ketangguhan patah merupakan metrik penting untuk komponen struktural yang terkena beban dinamis atau benturan. 17-4PH menunjukkan tingkat ketangguhan yang bervariasi tergantung pada kondisi penuaan.

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

Resistensi kelelahan

Dalam aplikasi pembebanan siklik seperti struktur pesawat atau komponen turbin, ketahanan terhadap kelelahan sangat penting. 17-4PH menunjukkan kinerja kelelahan yang sangat baik karena:

• Kekuatan luluh yang tinggi mengurangi deformasi plastis.
• Struktur endapan halus yang tahan terhadap inisiasi retak.
• Matriks martensitik yang memberikan fondasi yang kuat.

Batas kelelahan (H900):
~500 MPa dalam kelelahan lentur berputar (lingkungan udara)

Perilaku Merayap dan Pecahnya Stres

Meskipun biasanya tidak digunakan untuk ketahanan mulur suhu tinggi, 17-4PH dapat menahan paparan intermiten hingga 315 ° C. (600 ° f).

Di luar ini, kekuatannya mulai menurun karena endapan yang kasar dan penuaan yang berlebihan.

• Kekuatan merayap: sedang di < 315 ° C.
• Stres menghancurkan kehidupan: sensitif terhadap perawatan penuaan dan suhu pengoperasian

Keausan dan Kekerasan Permukaan

17-4PH menunjukkan ketahanan aus yang baik pada kondisi H900 karena kekerasannya yang tinggi dan struktur mikro yang stabil.

Dalam aplikasi yang melibatkan keausan permukaan atau kontak geser (MISALNYA., kursi katup, poros), perawatan pengerasan permukaan tambahan seperti pelapisan nitridasi atau PVD dapat diterapkan.

9. Resistensi korosi & Pertimbangan Lingkungan

Setelah perlakuan panas, bagian mengalami pasifasi asam (MISALNYA., 20 % H₂so₄ + CrO₃) untuk membentuk lapisan Cr₂O₃ yang stabil. Akibatnya:

• Resistensi pitting: Sampel H1150 menolak pitting in 0.5 M NaCl hingga 25 ° C.; H900 tahan hingga 0.4 M.
• Kerentanan SCC: Kedua kondisi tersebut memenuhi standar NACE TM0177 untuk layanan asam bila dipasivasi dengan benar.

Lebih-lebih lagi, siklus pembersihan ultrasonik akhir mengurangi inklusi permukaan sebesar 90 %, semakin meningkatkan daya tahan jangka panjang di media agresif.

10. Aplikasi Industri Baja Tahan Karat 17‑4PH

Industri Aerospace

• Komponen roda pendaratan
• Pengencang dan perlengkapannya
• Braket dan poros mesin
• Rumah aktuator

Aplikasi Petrokimia dan Lepas Pantai

• Poros pompa
• Batang dan dudukan katup
• Bejana tekan dan flensa
• Kopling dan bushing

Pembangkit listrik

• Bilah dan cakram turbin
• Mekanisme batang kendali
• Pengencang dan struktur pendukung

Alat Kesehatan dan Gigi

• Instrumen Bedah
• Alat ortopedi
• Implan gigi dan handpiece

Pengolahan Makanan dan Peralatan Kimia

• Komponen konveyor
• Penukar panas
• Cetakan dan cetakan berkekuatan tinggi
• Bantalan tahan pencucian

Pembuatan aditif (PAGI) dan Pencetakan 3D

• Tanda kurung luar angkasa yang rumit
• Sisipan perkakas yang disesuaikan
• Cetakan pendingin konformal

11. Kesimpulan

17‑4PH perlakuan panas Proses ini menawarkan spektrum properti yang disesuaikan dengan memanipulasi solution‑annealing, pengaturan, dan parameter penuaan.

Dengan mengadopsi praktik terbaik—seperti kontrol tungku ±5°C, waktu yang tepat, dan pasivasi yang tepat—insinyur dapat mencapai kombinasi kekuatan yang diperlukan dengan andal, kekerasan, dan resistensi korosi.

INI adalah pilihan yang sempurna untuk kebutuhan manufaktur Anda jika Anda membutuhkan berkualitas tinggi 17--4ph baja tahan karat Bagian.

Hubungi kami hari ini!