17-4ph Тот баспайтын болаттан жасалған термиялық өңдеу процесі

1. Кіріспе

17‑4PH тот баспайтын болат жауын-шашынмен қатаю ретінде ерекшеленеді (Р) коррозияға төзімділікті жоғары беріктігі бар қорытпа.

Құрамы 15–17,5 % хромий, 3-5 % никель, 3-5 % мыс, және 0,15–0,45 % ниобий, феррит-мартенситтік отбасына жатады.

, Сорт, өндірушілер оны аэроғарыш сияқты талап етілетін салаларда пайдаланады (шасси түйреуіштері), мұнай-химия (Клапанды кесу), және құралдар (қалыптасады және өледі).

Бұл мақалада, біз толық термиялық өңдеу циклін қарастырамыз, жабын ерітіндісін күйдіру, реттеу емі, қартаю, және микроқұрылымдық эволюция.

2. Материалдық фон & Металлургиялық негіз

17‑ 4PH тиесілі феррит-мартенсит тот баспайтын болаттар класы, денеге бағытталған тетрагоналды біріктіреді (Таға) беріктігі үшін жұқа тұндыру фазалары бар мартенситтік матрица.

Химиялық құрамы

Элемент	Тау тізбектері (wt%)	Қорытпадағы негізгі рөл
Кр	15.0–17.5	Шұңқырлар мен коррозияға төзімділік үшін қорғаныш Cr₂O₃ пассивті пленка жасайды
-Да	3.0-5.0	Ұсталған аустенитті тұрақтандырады, Қатаңдық пен икемді жақсарту
Друг	3.0-5.0	Қартаю кезінде ε‑Cu түрінде тұнбаға түседі, аққыштық күшін ~400МПа дейін арттыру
Нб + Қарама-қарсы	0.15-0.45	Дәннің мөлшерін тазартады және көміртекті NbC ретінде байланыстырады, хром карбидінің түзілуін болдырмайды
Б	≤0,07	Мартенситтік қаттылыққа ықпал етеді, бірақ шамадан тыс карбидтерді болдырмау үшін төмен деңгейде сақталады
М.на	≤1,00	Аустенитті тұрақтандырғыш және тотықсыздандырғыш ретінде әрекет етеді; артық болуы инклюзияның пайда болуын болдырмау үшін шектеледі
Жіне	≤1,00	Балқыту кезінде тотықсыздандырғыш ретінде қызмет етеді; артығы сынғыш силицидтер түзуі мүмкін
Б	≤0,04	Әдетте лас деп саналады; сынғыштығын азайту үшін төмен деңгейде ұсталады
С	≤0,03	Күкірт өңдеуге қабілеттілікті жақсарта алады, бірақ қызып кетудің алдын алу және қаттылықты төмендету үшін шектелген
Ақысу	Баланс	Негізгі матрица элементі, ферриттік/мартенситтік магистральді құрайды

Сонымен қатар, Fe–Cr–Ni–Cu фазалық диаграммасы негізгі түрлендіру температураларын көрсетеді.

Жоғарыда ерітінді жасытудан кейін 1,020 ° °, жылдам сөндіру аустенитті мартенситке айналдырады, мартенситтік басталуымен (Mₛ) жақын 100 °C және аяқтаңыз (M_f) -50 °C шамасында.

, Сорт, бұл сөндіру жауын-шашынның келесі қатаюының негізі ретінде қызмет ететін толық қаныққан мартенситті матрицаны береді..

3. Термиялық өңдеудің негіздері

17‑ 4PH термиялық өңдеу екі дәйекті қадамнан тұрады:

1. Шешім (Жағдайы a): Аустениттегі мыс пен ниобий шөгінділерін ерітеді және сөнгеннен кейін аса қаныққан мартенситті түзеді..
2. Жауын-шашын (Қартаю): Мысқа бай ε тұнбаларды және дислокация қозғалысын блоктайтын NbC бөлшектерін түзеді..

Термодинамикалық тұрғыдан, мыс жоғары температурада шектеулі ерігіштігін көрсетеді, бірақ төменде тұнбаға түседі 550 ° °.

Кинетикалық, ε‑О 480 ° °, шамадан тыс өсуге немесе іріленуге қарсы ұсақ тұнбалардың таралуын теңестіретін әдеттегі қартаю циклдарымен.

4. Шешім (Жағдайы a) 17‑ 4PH баспайтын болаттан жасалған

Шешім, деп аталады Жағдайы a, 17-4PH тот баспайтын болаттан жасалған термиялық өңдеу процесінің маңызды кезеңі болып табылады.

Бұл қадам біртекті және аса қаныққан мартенситті матрицаны құру арқылы материалды кейінгі қартаюға дайындайды..

Бұл фазаның тиімділігі болаттың соңғы механикалық қасиеттерін және коррозияға төзімділігін анықтайды.

Ерітінді күйдірудің мақсаты

• Легірлеуші ​​элементтерді ерітіңіз Cu сияқты, Нб, және Ni жоғары температурада аустениттік матрицаға.
• Микроқұрылымды гомогенизациялау алдыңғы өңдеуден бөліну мен қалдық кернеулерді жою.
• Мартенситтік трансформацияны жеңілдету күшті қалыптастыру үшін салқындату кезінде, жауын-шашынмен қатаю үшін аса қаныққан мартенситтік негіз.

Жылумен өңдеудің типтік параметрлері

Параметр	Мән диапазоны
Температура	1020–1060°C
Ылғалдау уақыты	30-60 минут
Салқындату әдісі	Ауаны салқындату немесе майды сөндіру

Трансформация температуралары

Фазалық ауысу	Температура (° °)
Ac₁ (Аустенитизацияның басталуы)	~670
Ac₃ (Толық аустениттеу)	~740
Mₛ (Мартенситтің басталуы)	80-140
M_f (Мартенситтің аяқталуы)	~32

Микроқұрылымдық нәтиже

Ерітінді өңдеуден және сөндіруден кейін, микроқұрылым әдетте қамтиды:

• Төмен көміртекті мартенсит (бастапқы кезең): Cu және Nb-мен аса қаныққан
• Қалдық аустенит ізі: Азырақ 5%, тым баяу сөнбесе
• Кездейсоқ феррит: Қызып кеткен немесе дұрыс салқындамаған жағдайда пайда болуы мүмкін

Жақсы орындалған ерітінді өңдеу айыппұл әкеледі, хром карбиді тұнбалары жоқ біркелкі рейка мартенситі, бұл коррозияға төзімділік және одан кейінгі жауын-шашынның қатаюы үшін өте маңызды.

Ерітінді температурасының қасиеттерге әсері

• <1020 ° °: Қорытпа карбидтердің толық ерусіздігі аустениттің біркелкі болмауына және мартенситтің төмен қаттылығына әкеледі..
• 1040 ° °: Дәннің шамадан тыс өсуінсіз карбидтің толық еруіне байланысты оңтайлы қаттылық пен құрылым.
• >1060 ° °: Карбидтің шамадан тыс еруі, ұсталған аустениттің жоғарылауы, феррит түзілуі, және ірі түйіршіктер соңғы қаттылық пен өнімділікті төмендетеді.

Insight зерттеу: Ерітіндімен өңделген үлгілер 1040 °C ең жоғары қаттылықты көрсетті (~38 HRC) және ең жақсы біркелкі, металлографиялық талдауға сәйкес.

5. Жауын-шашын (Қартаю) 17‑4PH тот баспайтын болаттың шарттары

Жауын-шашын, сонымен қатар белгілі қартаю, 17‑4 баспайтын болаттың соңғы механикалық қасиеттерін дамытудағы ең маңызды кезең.

Ерітінді күйдіруден кейін (Жағдайы a), қартаю процедуралары дислокация қозғалысына кедергі келтіретін және беріктік пен қаттылықты айтарлықтай арттыратын ұсақ бөлшектерді - ең алдымен мысға бай фазаларды - тұндырады..

Қартаюды емдеудің мақсаты

• Кімге наноөлшемді интерметалдық қосылыстарды тұндырады (негізінен ε-Cu) мартенситтік матрицаның ішінде.
• Кімге бөлшектердің дисперсиясы арқылы материалды күшейту, шығымдылық пен созылу беріктігін арттыру.
• Кімге механикалық және коррозиялық қасиеттерге бейімдеу температура мен уақытқа байланысты.
• Микроқұрылымды тұрақтандыру және ерітінді жасыту кезінде қалған аустенитті азайту үшін.

Стандартты қартаю жағдайлары

Қартаюды емдеу әдістері тағайындалады «Н» шарттары, әрқайсысы белгілі бір температура/уақыт циклін көрсетеді. Ең жиі қолданылатын қартаю жағдайлары:

Күшейтудің механизмдері

• Мысқа бай ε-фазалық тұнбалар қартаю кезінде қалыптасады, әдетте ~2–10 нм өлшемі.
• Бұл бөлшектер түйреуіштердің дислокациялары, пластикалық деформацияны тежейді.
• Тұнба түзілуі басқарылады нуклеация және диффузиялық кинетика, жоғары температурада жылдамдатады, бірақ ірі бөлшектерге әкеледі.

Шарттар арасындағы келісімдер

Қартаю жағдайын дұрыс таңдау мақсатты қолдануға байланысты:

• H900: Максималды күш; жоғары жүктемелі аэроғарыштық немесе құрал-саймандық қолданбаларға жарамды, бірақ сыну беріктігі мен SCC қарсылығын төмендетті.
• H1025 немесе H1150: Жақсартылған беріктік пен коррозияға төзімділік; мұнай-химия клапандары үшін қолайлы, Теңіз бөлшектері, және қысым жүйелері.
• Екі есе қартаю (H1150-D): қартаюды қамтиды 1150 °C екі рет, немесе төменгі қайталама қадаммен (E.Г., H1150M); өлшемдік тұрақтылықты және кернеудің коррозияға төзімділігін одан әрі жақсарту үшін қолданылады.

Қартаю тиімділігіне әсер ететін факторлар

• Ерітінді алдын ала өңдеу: Біркелкі мартенситті матрица біркелкі жауын-шашынды қамтамасыз етеді.
• Ерітіндіден кейінгі салқындату жылдамдығы: Сақталған аустенит пен Cu ерігіштігіне әсер етеді.
• Атмосфераны бақылау: Инертті газ немесе вакуум жағдайлары қартаю кезінде тотығуды азайтады.

Өндірілген қоспалардың ескіруі 17-4PH

Бірегей микроқұрылымдардың арқасында (E.Г., ұсталған δ-феррит немесе қалдық кернеулер), AM 17‑4PH теңшелген қартаю циклдерін немесе қажет болуы мүмкін термиялық гомогенизация стандартты қартаюға дейінгі қадамдар.

Зерттеулер мұны көрсетеді Тек H900 қартаюы Алдын ала өңдеуден кейін AM бөліктеріндегі жауын-шашынның толық қатаюына қол жеткізу мүмкін емес.

6. Реттеу емі (Фазалық өзгерістерді емдеу)

Соңғы жылдары, зерттеушілер алдын ала енгізді реттеу емі, сонымен қатар белгілі фазалық өзгерістерді емдеу, 17‑4PH тот баспайтын болатқа арналған кәдімгі ерітінді – күйдіру және қартаю қадамдарына дейін.

Бұл қосымша қадам мартенситті бастауды әдейі ауыстырады (Mₛ) және аяқтау (M_f) түрлендіру температуралары,

жұқа мартенситтік матрицаны жасау және механикалық және коррозияға төзімділік өнімділігін айтарлықтай арттыру.

Мақсаты және механизмі.

Реттеу өңдеуі болатты төменгі критикалық түрлендіру нүктесінен сәл төмен температурада ұстауды қамтиды (әдетте 750–820 °C) белгіленген уақытқа (1-4 Н).

Осы ұстау кезінде, ішінара кері түрлендіру кері аустениттің бақыланатын мөлшерін шығарады.

Болғандықтан, кейінгі сөндіру мартенсит пен ұсталған аустениттің біркелкі қоспасын «іштейді»., ені орташадан кішірейеді 2 мкм 0,5–1 мкм дейін төмендейді.

Механикалық артықшылықтар.

Инженерлер бірдей ерітіндіні қолданған кезде (1,040 ° C 1 н) және стандартты H900 ескіруі (482 ° C 1 н) кейін, олар бақылайды:

• Соққыға төзімділігі 2 есе жоғары, ~15 Дж-ден жоғары 35 J -40 ° C.
• Өнімділік күші артады 50–100 МПа, тек маргиналдымен (5-0 %) қаттылықтың төмендеуі.

Бұл жақсартулар жақсырақ, сызаттардың басталуын тоқтататын және деформацияны біркелкі тарататын өзара оқшауланған мартенситтік желі.

Коррозияға төзімділікті жақсарту.

Ол жастай еуарт., 17‑4PH үлгілері тікелей ескіруден немесе түзетуден өтті + қартаю, содан кейін жасанды теңіз суына батырылады.

Поляризация қисықтары және кедергі спектроскопиясы сияқты электрохимиялық сынақтар реттеумен өңделген үлгілердің көрсетілгенін көрсетті.:

• А 0.2 V жоғары коррозиялық потенциал (E_corr) тікелей жастағы әріптестеріне қарағанда,
• А 30 % коррозияның жылдық деңгейінің төмендеуі, жіне
• Шұңқыр потенциалының ауысуы (E_pit) -ден +0.15 V, күштірек шұңқырға төзімділікті көрсетеді.

Аспаптық талдау бұл әрекетті астық шекарасындағы хромы азайған аймақтарды жоюмен байланыстырды..

Реттеумен өңделген үлгілерде, хром біркелкі таралады, хлорид шабуылына қарсы пассивті пленканы нығайту.

Уақыт пен температураны оңтайландыру.

Зерттеушілер сонымен қатар әртүрлі реттеу параметрлері микроқұрылымға қалай әсер ететінін зерттеді:

• Ұзақ ұстайды (дейін 4 н) мартенситті рельефтерді одан әрі нақтылау, бірақ қаттылықтағы плато одан да жоғары 3 н.
• Жоғары реттеу температуралары (дейін 820 ° °) соңғы созылу беріктігін 5–8-ге арттырыңыз % бірақ ұзаруды 2–4-ке азайтады %.
• Кондициядан кейінгі қартаю жоғары температурада (E.Г., H1025, 525 ° °) матрицаны жұмсартады және коррозияға төзімділікті жоғалтпай икемділікті қалпына келтіреді.

7. Микроқұрылымдық эволюция

Қартаю кезінде, микроқұрылымы айтарлықтай өзгереді:

• ε-Cu тұнбалары: Сфералық, 5диаметрі – 20 нм; дейін шығымдылығын арттырады 400 МПа.
• NI ₃the және CR₇c₃ карбидтер: Астық шекараларында локализацияланған, бұл бөлшектер микроқұрылымды тұрақтандырады және іріленуге қарсы тұрады.
• Қайтарылған аустенит: Реттеу емі ~5 ықпал етеді % сақталған аустенит, арқылы сыну беріктігін жақсартады 15 %.

TEM талдаулары H900 ішіндегі ε‑Cu біркелкі дисперсиясын растайды, ал H1150 үлгілері ішінара ірілеуді көрсетеді, олардың төменгі қаттылық мәндерімен теңестіру.

8. Механикалық қасиеттері & 17-4PH тот баспайтын болаттың өнімділігі

17-4PH тот баспайтын болаттың механикалық өнімділігі оның ең тартымды атрибуттарының бірі болып табылады.

Оның жоғары беріктігінің бірегей үйлесімі, Жақсы қаттылық, және қанағаттанарлық коррозияға төзімділік — бақыланатын термиялық өңдеу арқылы қол жеткізіледі,

оны аэроғарыш сияқты талап етілетін секторларда таңдаулы материалға айналдырады, мұнай-химия, және ядролық энергетика.

Қартаю жағдайларындағы беріктік пен қаттылық

17-4PH механикалық беріктігі қартаю жағдайына байланысты айтарлықтай өзгереді, әдетте H900 ретінде белгіленеді, H1025, H1075, және H1150.

Олар Фаренгейт градусындағы қартаю температурасына жатады және түріне әсер етеді, мөлшер, және күшейтетін тұнбалардың таралуы — ең алдымен ε-Cu бөлшектері.

Сынулардың беріктігі және иілгіштігі

Сыну беріктігі динамикалық немесе соққы жүктемелеріне ұшыраған құрылымдық компоненттер үшін маңызды көрсеткіш болып табылады.. 17-4PH қартаю жағдайына байланысты әртүрлі қаттылық деңгейлерін көрсетеді.

• H900: ~60–70 МПа√м
• H1150: ~90–110 МПа√м

Шаршауға төзімділік

Ұшақ құрылымдары немесе турбина компоненттері сияқты циклдік жүктеу қолданбаларында, шаршауға қарсы тұру маңызды. 17-4PH арқасында тамаша шаршау өнімділігін көрсетеді:

• Пластикалық деформацияны азайтатын жоғары аққыштық беріктігі.
• Жарықтың пайда болуына қарсы тұратын ұсақ тұнба құрылымы.
• Мықты негізді қамтамасыз ететін мартенситті матрица.

Шаршау шегі (H900):
Айналмалы иілу шаршауында ~500 МПа (ауа ортасы)

Стресс пен серпілістің бұзылуы

Әдетте жоғары температураға төзімділік үшін пайдаланылмаса да, 17-4PH үзік-үзік әсерге төтеп бере алады 315 ° ° (600 ° F).

Одан тыс, тұнбалардың іріленуіне және шамадан тыс қартаюына байланысты беріктік төмендей бастайды.

• Жүгіру күші: орташа < 315 ° °
• Стресс өмірді бұзу: қартаюды өңдеуге және жұмыс температурасына сезімтал

Тозу және бетінің қаттылығы

17-4PH жоғары қаттылық пен тұрақты микроқұрылымға байланысты H900 жағдайында жақсы тозуға төзімділік көрсетеді.

Беттік тозуға немесе сырғанау контактісіне байланысты қолданбаларда (E.Г., Клапан орындары, біліктер), азоттау немесе PVD жабындары сияқты қосымша бетті қатайту процедуралары қолданылуы мүмкін.

9. Коррозияға төзімділік & Экологиялық мәселелер

Емдеуден кейін, бөліктері өтеді қышқылдық пассивация (E.Г., 20 % H₂so₄ + CrO₃) тұрақты Cr₂O₃ қабатын түзеді. , Сорт:

• Тұрақты қарсылық: H1150 үлгілері шұңқырға қарсы тұрады 0.5 M NaCl дейін 25 ° °; H900 дейін төзімді 0.4 М.
• SCC сезімталдығы: Екі шарт дұрыс пассивтелген кезде қышқыл қызметке арналған NACE TM0177 стандарттарына сәйкес келеді.

Үстіне, соңғы ультрадыбыстық тазалау циклі беттік қосындыларды азайтады 90 %, агрессивті ортадағы ұзақ мерзімді төзімділікті одан әрі арттыру.

10. 17‑4PH тот баспайтын болаттың өнеркәсіптік қолданбалары

Аэроғарыш өнеркәсібі

• Қону шассиінің құрамдас бөліктері
• Бекіткіштер мен фитингтер
• Қозғалтқыш кронштейндері мен біліктері
• Жетек машиналары

Мұнай-химия және теңіздегі қосымшалар

• Сорғы біліктері
• Клапан бағаналары мен орындықтары
• Қысымды ыдыстар мен фланецтер
• Муфталар мен төлкелер

Электр қуатын өндіру

• Турбиналық қалақтар мен дискілер
• Басқару штангасының механизмдері
• Бекіткіштер мен тірек құрылымдар

Медициналық және стоматологиялық құрылғылар

• Хирургиялық аспаптар
• Ортопедиялық құралдар
• Тіс имплантаты және қол аппараттары

Тамақ өнімдерін өңдеу және химиялық жабдықтар

• Конвейердің құрамдас бөліктері
• Жылу алмастырғыштар
• Беріктігі жоғары қалыптар мен қалыптар
• Жууға төзімді подшипниктер

Қоспа өндірісі (Боламын) және 3D басып шығару

• Күрделі аэроғарыштық кронштейндер
• Реттелетін құрал кірістірулері
• Конформды салқындату қалыптары

11. Қорытынды

17‑4PH термиялық өңдеу процесс ерітіндіні күйдірумен манипуляциялау арқылы бейімделген қасиеттер спектрін ұсынады, реттеу, және қартаю параметрлері.

±5°C пешті басқару сияқты үздік тәжірибелерді қолдану арқылы, нақты уақыт, және дұрыс пассивация — инженерлер қажетті күш комбинацияларына сенімді түрде қол жеткізеді, қаттылық, және коррозияға төзімділік.

Осы Егер сізге сапалы қажеттілік қажет болса, сіздің өндіріс қажеттіліктеріңіз үшін тамаша таңдау 17-4PH Тот баспайтын болат бөліктер.

Бүгін бізге хабарласыңыз!