17- 4PH 스테인리스 스틸 열 처리 공정

1. 소개

17- 4PH 스테인레스 스틸은 강수량으로 돋보입니다 (PH) 부식성과 고강도를 혼합하는 합금.

15–17.5로 구성됩니다 % 크롬, 3–5 % 니켈, 3–5 % 구리, 및 0.15–0.45 % 니오브, 그것은 페라이트 마르텐 사이트 가족에 속합니다.

따라서, 제조업체는 항공 우주와 같은 까다로운 부문에서이를 사용합니다 (착륙장 핀), 석유화학 (밸브 트림), 그리고 툴링 (곰팡이와 다이).

이 기사에서는, 우리는 완전한 열처리주기를 탐구 할 것입니다, 해결책 어닐링, 조정 처리, 노화, 및 미세 구조 진화.

2. 재료 배경 & 야금 적 기준

17- 4ph는 다음에 속합니다 페라이트 마르텐 사이트 스테인레스 강의 클래스, 신체 중심 테트 래곤을 결합합니다 (BCT) 강도를위한 미세 강수 단계를 갖는 마르텐 사이트 매트릭스.

화학 성분

요소	범위 (wt%)	합금의 주요 역할
Cr	15.0–17.5	구덩이 및 부식 저항을위한 보호 크 인 수동 필름을 형성합니다.
~ 안에	3.0–5.0	유지 된 오스테 나이트 안정화, 인성과 연성 향상
구리	3.0–5.0	노화 동안 ε -Cu로 침전된다, 최대 400mpa까지 항복 강도 향상
NB + 깃 달기	0.15–0.45	곡물 크기를 개선하고 NBC로 탄소를 연결합니다, 크롬 탄화물 형성 방지
기음	≤0.07	Martensitic 경도에 기여하지만 과도한 탄화물을 피하기 위해 낮게 유지
망	≤1.00	오스테 나이트 안정제 및 탈산제 역할을합니다; 과잉은 포함 형성을 방지하기 위해 제한됩니다
그리고	≤1.00	녹는 동안 데 옥시이저 역할을합니다; 과잉은 부서지기 쉬운 실리케이드를 형성 할 수 있습니다
피	≤0.04	일반적으로 불순물로 간주됩니다; 손상을 최소화하기 위해 낮게 유지했습니다
에스	≤0.03	유황은 가공 가능성을 향상시킬 수 있지만 뜨거운 균열과 인성 감소를 방지하기 위해 제한됩니다.
철	균형	기본 매트릭스 요소, 페라이트/마르텐 스티크 백본 형성

뿐만 아니라, Fe – Cr – Ni – CU 위상 다이어그램은 주요 변환 온도를 강조합니다.

위의 솔루션 어닐링 후 1,020 ℃, 빠른 Quench는 오스테 나이트를 Martensite로 변형시킵니다, Martensitic 시작으로 (m ₛ) 가까운 100 ° C 및 마무리 (M_F) 약 –50 ° C.

따라서, 이 켄칭은 후속 침전 경화를위한 기초 역할을하는 완전히 과포화 된 마르텐 사이트 매트릭스를 산출합니다..

3. 열처리 기초

17-4PH에 대한 열처리는 두 가지 순차적 단계를 포함합니다:

1. 용액 어닐링 (조건 A): 오스테 나이트에서 구리 및 니오 비움을 용해시키고 켄 칭시 과포화 된 마르텐 사이트를 생성합니다..
2. 석출경화 (노화): 구리 - 자극 ε 침전물 및 탈구 운동을 차단하는 NBC 입자 형성.

열역학적 관점에서, 구리는 고온에서 제한된 용해도를 나타내지 만 아래에서 침전됩니다. 550 ℃.

동역적으로, ε -O 480 ℃, 전형적인 노화 주기로, 과잉 성장 또는 조잡함에 대한 미세 침전물 분포의 균형.

4. 용액 어닐링 (조건 A) 17-4PH 스테인리스 스틸

솔루션 어닐링, 로 언급됩니다 조건 A, 17-4ph 스테인레스 스틸의 열처리 공정에서 중요한 단계입니다..

이 단계는 균질하고 과포화 된 martensitic 매트릭스를 만들어 후속 노화를위한 재료를 준비합니다..

이 단계의 효과는 강철의 최종 기계적 특성과 부식 저항을 결정합니다..

솔루션 어닐링의 목적

• 합금 요소를 용해시킵니다 Suh와 마찬가지로, NB, 및 고온에서 오스테 나이트 매트릭스 내로의 Ni.
• 미세 구조를 균질화합니다 사전 처리로부터 분리 및 잔류 응력을 제거합니다.
• Martensitic 변환을 용이하게합니다 냉각하는 동안 강한 것을 형성합니다, 침전 경화를위한 과포화 된 마르텐 사이트베이스.

전형적인 열처리 매개 변수

매개 변수	값 범위
온도	1020–1060 ° C
몸을 담그는 시간	30–60 분
냉각 방법	공기 냉각 또는 오일 담금질

변형 온도

위상 전이	온도 (℃)
ac ₁ (오스테니 화의 시작)	~ 670
ac ₃ (완전한 오스테니 화)	~ 740
m ₛ (마르텐 사이트의 시작)	80–140
M_F (마르텐 사이트의 마무리)	~ 32

미세 구조 결과

솔루션 처리 및 담금질 후, 미세 구조에는 일반적으로 포함됩니다:

• 저탄소 라스 마르텐 사이트 (1 차 단계): Cu 및 NB와의 전달
• 추적 잔류 오스테 나이트: 보다 적습니다 5%, 너무 천천히 켄칭하지 않는 한
• 때때로 페라이트: 과열되거나 부적절하게 냉각되면 형성 될 수 있습니다

잘 정리 된 솔루션 치료는 벌금을 산출합니다, 크롬 카바이드 침전이없는 균일 한 라스 마르텐 사이트, 부식성 및 후속 강수 경화에 필수적인.

특성에 대한 용액 온도의 영향

• <1020 ℃: 합금 탄화물의 불완전한 용해.
• 1040 ℃: 과도한 곡물 성장없이 전체 탄수화물 용해로 인한 최적의 경도 및 구조.
• >1060 ℃: 과도한 카바이드 용해, 오스테 나이트가 유지되었습니다, 페라이트 형성, 거친 곡물은 최종 경도와 성능을 줄입니다.

통찰력을 공부하십시오: 샘플 용액 처리 1040 ° C는 가장 높은 경도를 보여주었습니다 (~ 38 HRC) 그리고 최고의 균일 성, 금속 학적 분석에 따라.

5. 석출경화 (노화) 17-4ph 스테인리스 스틸의 조건

강수 경화, 라고도 노화, 17-4 스테인레스 스틸의 최종 기계적 특성을 개발하는 데 가장 중요한 단계입니다..

솔루션 어닐링 후 (조건 A), 노화 처리는 전위 운동을 방해하고 강도와 경도를 크게 증가시키는 미세 입자 (특히 구리가 풍부한 단계)를 침전시킵니다..

노화 치료의 목적

• 에게 나노 스케일 간 금속 화합물을 침전시킵니다 (주로 ε-cu) 마르텐 사이트 매트릭스 내에서.
• 에게 입자 분산을 통해 재료를 강화합니다, 수율 및 인장 강도 향상.
• 에게 기계 및 부식 특성을 조정합니다 온도와 시간에 따라.
• 미세 구조를 안정화시키고 솔루션 어닐링으로부터 유지 된 오스테 나이트를 최소화하기 위해.

표준 노화 조건

노화 처리는에 의해 지정됩니다 "H"조건, 각각의 특정 온도/시간 사이클을 반영합니다. 가장 일반적으로 사용되는 노화 조건은 다음과 같습니다:

강화 메커니즘

• 구리가 풍부한 ε-층 침전물 노화 중에 형성됩니다, 일반적으로 크기가 ~ 2–10 nm입니다.
• 이 입자 PIN 탈구, 플라스틱 변형 억제.
• 침전물 형성은 통제됩니다 핵 생성 및 확산 동역학, 더 높은 온도에서 가속화되었지만 더 거친 입자가 발생합니다.

조건 간의 절충

올바른 노화 상태를 선택하는 것은 의도 된 응용 프로그램에 따라 다릅니다.:

• H900: 최대 강도; 고 부하 항공 우주 또는 툴링 애플리케이션에 적합합니다, 그러나 골절 강인성과 SCC 저항이 감소했습니다.
• H1025 또는 H1150: 강인성과 부식 저항성; 석유 화학 밸브에 선호됩니다, 해양 부품, 및 압력 시스템.
• 이중 노화 (H1150-D): 노화를 포함합니다 1150 ° C 두 번, 또는 더 낮은 2 차 단계 (예를 들어, H1150m); 치수 안정성과 응력 부식 저항을 더욱 향상시키는 데 사용.

노화 효과에 영향을 미치는 요인

• 사전 솔루션 처리: 균일 한 Martensitic 매트릭스는 강수를 보장합니다.
• 냉각 속도 해결 후: 유지 된 오스테 나이트 및 Cu 용해도에 영향을 미칩니다.
• 분위기 조절: 불활성 가스 또는 진공 조건은 노화 동안 산화를 최소화합니다.

첨가제 제조 17-4ph의 노화

독특한 미세 구조로 인해 (예를 들어, Δ- 페라이트 또는 잔류 응력을 유지합니다), AM 17-4ph는 맞춤형 노화주기가 필요할 수 있습니다 열 균질화 표준 노화 전 단계.

연구 결과에 따르면이를 보여줍니다 H900 단독 노화 사전 후 처리없이 AM 부품에서 완전한 강수 경화를 달성하지 못할 수 있습니다..

6. 조정 처리 (위상 교환 처리)

최근 몇 년 동안, 연구원들은 예비를 소개했습니다 조정 처리, 라고도 위상 교환 처리, 17-4ph 스테인리스 스틸에 대한 기존의 솔루션 및 노화 단계 전에.

이 추가 단계는 의도적으로 Martensitic 시작을 이동시킵니다 (m ₛ) 그리고 마무리 (M_F) 변형 온도,

미세한 마르텐 시스트 매트릭스 생성 및 기계적 및 부식성 성능을 크게 향상시킵니다..

목적과 메커니즘.

조정 처리는 강철을 낮은 임계 변환 지점 바로 아래 온도에서 고정시키는 것과 관련이 있습니다. (일반적으로 750–820 ° C) 규정 된 시간 동안 (1–4 h).

이 보류 중에, 부분 리버스 변환은 제어 된 양의 리버스 된 오스테 나이트를 생성합니다..

결과적으로, 후속 담금질은 마르텐 사이트와 유지 된 오스테 나이트의보다 균일 한 혼합물을“잠금”합니다., 라스 너비가 평균에서 줄어든다 2 µm 아래로 0.5–1 µm.

기계적 이점.

엔지니어가 동일한 솔루션 분석을 적용 할 때 (1,040 ° C × 1 시간) 표준 H900 노화 (482 ° C × 1 시간) 기후, 그들은 관찰합니다:

• 2 × 더 높은 충격 인성, ~ 15 j에서 오버로 증가합니다 35 –40 ° C에서 J.
• 항복 강도 이득 50–100 MPa, 한계 만 가지고 있습니다 (5–10 %) 경도가 떨어집니다.

이러한 개선은 더 미세합니다, 균열 개시를 둔화시키고 변형을보다 균일하게 확산시키는 연동 MARTENSITIC 네트워크.

부식성 개선.

그는 어린 나이에 유아트입니다., 17- 4PH 샘플은 직접 노화 또는 조정을 받았습니다 + 노화, 그런 다음 인공 해수에 잠겼습니다.

편광 곡선 및 임피던스 분광법과 같은 전기 화학적 테스트는 조정 - 처리 된 시편이 나타난 것으로 나타났습니다.:

• 에이 0.2 v 고귀한 부식 잠재력 (e_corr) 직접 대응 자보다,
• 에이 30 % 연간 부식율이 낮습니다, 그리고
• 구덩이 잠재력의 변화 (e_pit) ~에 의해 +0.15 다섯, 더 강한 구덩이 저항을 나타냅니다.

도구 분석은 이러한 행동이 입자 경계에서 크롬 - 분류 된 구역의 제거에 기인 한 것으로 기인합니다..

조정 - 처리 된 샘플, 크롬은 균일하게 분포되어 있습니다, 염화물 공격에 대한 수동 영화를 강화합니다.

시간과 온도의 최적화.

연구원들은 또한 다양한 조정 매개 변수가 미세 구조에 어떤 영향을 미치는지 조사했습니다:

• 더 긴 보류 (최대 4 시간) 마르텐 사이트 라스를 더 세분화하지만 강인성을 넘어서 고원 3 시간.
• 더 높은 조정 온도 (최대 820 ℃) 5-8까지 궁극적 인 인장 강도를 높이십시오 % 그러나 신장을 2-4로 줄입니다 %.
• 컨디셔닝 후 노화 더 높은 온도에서 (예를 들어, H1025, 525 ℃) 부식성을 희생하지 않고 매트릭스를 부드럽게하고 연성을 복원합니다..

7. 미세 구조 진화

노화 중, 미세 구조는 크게 변형됩니다:

• ε- 침전물: 구의, 5직경이 20nm; 그들은 최대의 항복 강도를 향상시킵니다 400 MPa.
• ni ₃ the and cr₃c₃ 카바이드: 곡물 경계에 국한되었습니다, 이 입자는 미세 구조를 안정화시키고 조심스럽게 저항합니다.
• 오스테 나이트로 되돌아 갔다: 조정 처리는 ~ 5를 촉진합니다 % 오스테 나이트를 유지했습니다, 이는 골절 강인성을 향상시킵니다 15 %.

TEM 분석은 H900에서 ε -CU의 균일 한 분산을 확인합니다., 반면 H1150 샘플은 부분적인 조심화를 나타냅니다, 낮은 경도 값과 일치합니다.

8. 기계적 성질 & 17-4ph 스테인리스 스틸의 성능

17-4ph 스테인리스 스틸의 기계적 성능은 가장 매력적인 속성 중 하나입니다..

고강도의 독특한 조합, 좋은 인성, 그리고 만족스러운 내식성 - 통제 된 열처리를 통해 성취 된,

항공 우주와 같은 까다로운 부문에서 선호하는 자료를 만듭니다., 석유화학, 그리고 원자력.

노화 조건에 따른 강도와 경도

17-4ph의 기계적 강도는 노화 상태에 따라 크게 다릅니다., 일반적으로 H900으로 지정됩니다, H1025, H1075, 및 H1150.

이것들은 화씨의 정도의 노화 온도를 나타냅니다., 크기, 및 강화 침전물의 분포-특히 ε-Cu 입자.

골절 강인성과 연성

파괴 인성은 동적 또는 충격 하중에 노출 된 구조적 구성 요소의 임계 메트릭입니다.. 17-4PH는 노화 상태에 따라 다양한 인성 수준을 나타냅니다..

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

피로 저항

항공기 구조 또는 터빈 구성 요소와 같은 순환 적재 응용 분야에서, 피로 저항은 필수적입니다. 17-4pH는 그로 인해 우수한 피로 성능을 보여줍니다:

• 고량 ​​강도 강도 감소 플라스틱 변형.
• 균열 개시에 저항하는 미세한 침전물 구조.
• 강력한 기초를 제공하는 Martensitic 매트릭스.

피로 한계 (H900):
굽힘 굽힘 피로 회전에서 ~ 500 MPa (항공 환경)

크리프와 스트레스 파열 행동

일반적으로 고온 크리프 저항에 사용되지는 않지만, 17-4pH는 간헐적 노출을 견딜 수 있습니다 315 ℃ (600 °F).

이 너머, 침전물이 조잡하고 과도한 노화로 인해 강도가 저하되기 시작합니다..

• 크리프 강도: 보통 < 315 ℃
• 스트레스 파열 수명: 노화 처리 및 작동 온도에 민감합니다

마모 및 표면 경도

17-4pH는 높은 경도와 안정적인 미세 구조로 인해 H900 조건에서 내마모성이 우수한 것을 보여줍니다..

표면 마모 또는 슬라이딩 접촉과 관련된 응용 분야에서 (예를 들어, 밸브 시트, 샤프트), 질화 또는 PVD 코팅과 같은 추가 표면 경화 처리가 적용될 수 있습니다..

9. 부식 저항 & 환경 고려 사항

열처리 후, 부품이 겪습니다 산성 유파베이션 (예를 들어, 20 % hoso₂ + 크로 ₃) 안정적인 크 인 층을 형성합니다. 따라서:

• 구덩이 저항: H1150 샘플은 구덩이에 저항합니다 0.5 M NaCl까지 25 ℃; H900은 최대 방지합니다 0.4 중.
• SCC 감수성: 두 조건 모두 NACE TM0177 올바르게 통행 할 때 사워 서비스 표준을 충족합니다..

게다가, 최종 초음파 청소주기는 표면 포함을 줄입니다 90 %, 공격적인 미디어에서 장기 내구성을 더욱 향상시킵니다.

10. 17-4ph 스테인레스 스틸의 산업 응용

항공우주 산업

• 랜딩 기어 구성 요소
• 패스너 및 피팅
• 엔진 브래킷 및 샤프트
• 액추에이터 하우징

석유 화학 및 해외 응용 프로그램

• 펌프 샤프트
• 밸브 줄기와 시트
• 압력 용기 및 플랜지
• 커플 링 및 부싱

발전

• 터빈 블레이드 및 디스크
• 제어로드 메커니즘
• 패스너 및지지 구조

의료 및 치과 장치

• 수술 도구
• 정형 외과 도구
• 치과 임플란트 및 핸드 피스

식품 가공 및 화학 장비

• 컨베이어 구성 요소
• 열교환기
• 고강도 곰팡이와 다이
• 세척 방지 베어링

적층 제조 (오전) 그리고 3D 프린팅

• 복잡한 항공 우주 괄호
• 맞춤형 툴링 인서트
• 적합성 냉각 금형

11. 결론

17-4ph 열처리 프로세스는 솔루션 관리를 조작하여 맞춤형 특성을 제공합니다., 조정, 및 노화 매개 변수.

± 5 ° C 용광로 제어와 같은 모범 사례를 채택함으로써, 정확한 타이밍, 그리고 적절한 수파화 - 엔지니어는 필요한 강도 조합을 확실하게 달성합니다, 인성, 및 내식성.

이것 고품질이 필요한 경우 제조 요구에 완벽한 선택입니다. 17-4ph 스테인레스 스틸 부분품.

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