1. Ievads
17–4ph nerūsējošais tērauds izceļas kā nokrišņu daudzums (Ph) Sakausējums, kas sajauc korozijas izturību ar augstu izturību.
Kas sastāv no 15–17,5 % hroms, 3–5 % niķelis, 3–5 % vara, un 0,15–0,45 % niobijs, tas pieder ferītiskajai martensitiskajai ģimenei.
Līdz ar to, Ražotāji to izmanto prasīgajās nozarēs, piemēram, kosmosā (piezemēšanās tapas), naftas ķīmijas (vārsta apdare), un instrumenti (veidnes un nomirst).
Šajā rakstā, Mēs iedziļināsimies pilnīgā siltuma ārstēšanas ciklā, pārklājošā šķīduma rūdīšana, Pielāgošanas ārstēšana, novecošanās, un mikrostruktūras evolūcija.
2. Materiāla fons & Metalurģijas pamats
17- 4Ph pieder pie ferīta -martensitisks Nerūsējošo tēraudu klase, Apvienojot ķermeni vērstu tetragonālu (Bct) Martensīta matrica ar smalkām nokrišņu fāzēm spēkam.
Ķīmiskais sastāvs
| Elements | Diapazons (WT%) | Primārā loma sakausējumā |
|---|---|---|
| Krekls | 15.0–17,5 | Veido aizsargājošu cr₂o₃ pasīvo plēvi bedrēšanai un izturībai pret koroziju |
| Iekšā | 3.0–5,0 | Stabilizācijas saglabāja austenītu, Uzlabot izturību un elastību |
| Cu | 3.0–5,0 | Nogulsnējas kā ε -CU novecošanās laikā, palielinot ražas stiprumu līdz ~ 400MPA |
| Nb + Vērsts | 0.15–0,45 | Precizējiet graudu lielumu un sasaistīt oglekli kā NBC, Hroma karbīda veidošanās novēršana |
| C | ≤0,07 | Veicina martensīta cietību, bet saglabāja zemu, lai izvairītos no pārmērīgiem karbīdiem |
| Nojaukšanās | ≤1.00 | Darbojas kā austenīta stabilizators un dezoksidētājs; Pārmērība ir ierobežota, lai novērstu iekļaušanas veidošanos |
| Un | ≤1.00 | Kušanas laikā kalpo kā dezoksidētājs; Pārmērība var veidot trauslus silikīdus |
| Pūtīt | ≤0,04 | Parasti uzskata par piemaisījumu; turēja zemu, lai samazinātu embitrentu |
| S | ≤0,03 | Sērs var uzlabot mehānisko spēju, bet ir ierobežots, lai novērstu karstasinā un samazinātu izturību |
| Fe | Līdzsvars | Pamatnes matricas elements, Ferīta/martensīta mugurkaula veidošana |
Turklāt, Fe - Cr - Ni - CU fāzes diagramma izceļ galveno transformācijas temperatūru.
Pēc šķīduma atkvēlināšanas virs 1,020 ° C, Ātra dzēšana pārveido austenītu par martensītu, ar martensītu sākumu (Mₛ) tuvu 100 ° C un apdare (M_f) ap –50 ° C.
Līdz ar to, Šī dzēšana iegūst pilnībā piesātinātu martensīta matricu, kas kalpo kā pamats turpmākai nokrišņu sacietēšanai.
3. Termiskās apstrādes pamati
Siltuma apstrāde 17–4ph ietver divus secīgus posmus:
- Risinājumu rūdīšana (Nosacījums a): Izšķīdina vara un niobium nogulsnējas austenītā un iegūst piesātinātu martensītu uz atdzesēšanas.
- Nokrišņu sacietēšana (Novecošanās): Veido vara bagāto ε izgulsnējas un NBC daļiņas, kas bloķē dislokācijas kustību.
No termodinamiskā viedokļa, Varam ir ierobežota šķīdība augstā temperatūrā, bet zemāk tiek izlaists 550 ° C.
Kinētiski, ε -o 480 ° C, ar tipiskiem novecošanās cikliem, kas līdzsvaro smalkās nogulsnes sadalījumu pret pārmērīgu vai rupjību.
4. Risinājumu rūdīšana (Nosacījums a) no 17–4ph nerūsējošā tērauda
Risinājumu rūdīšana, minēts kā Nosacījums a, ir kritisks posms termiskās apstrādes procesā 17-4ph nerūsējošā tērauda.
Šis solis sagatavo materiālu turpmākai novecošanai, izveidojot viendabīgu un pārsātinātu martensīta matricu.
Šīs fāzes efektivitāte nosaka tērauda galīgās mehāniskās īpašības un korozijas izturību.
Risinājuma atlaidināšanas mērķis
- Izšķīdināt leģējošos elementus Suh kā ar, Nb, un Ni austenīta matricā augstā temperatūrā.
- Homogenizējiet mikrostruktūru Lai novērstu iepriekšējas apstrādes segregāciju un atlikušos spriegumus.
- Atvieglot martensītu pārvērtību atdzesēšanas laikā, veidojot spēcīgu, Piestātināta martensīta bāze nokrišņu sacietēšanai.
Tipiski termiskās apstrādes parametri
| Parametrs | Vērtību diapazons |
|---|---|
| Temperatūra | 1020–1060 ° C |
| Mērcēšanas laiks | 30–60 minūtes |
| Dzesēšanas metode | Gaisa dzesēšana vai eļļas rūdīšana |
Transformācijas temperatūra
| Fāzes pāreja | Temperatūra (° C) |
|---|---|
| Ac₁ (Austenitizācijas sākums) | ~ 670 |
| Ac₃ (Pabeidziet austenitizāciju) | ~ 740 |
| Mₛ (Sākums Martensite) | 80–140 |
| M_f (Martensīta apdare) | ~ 32 |
Mikrostruktūras rezultāts
Pēc šķīduma ārstēšanas un rūdīšanas, Mikrostruktūrā parasti ietilpst:
- Zema oglekļa satura virpošana martensīts (primārā fāze): Pārsātināts ar Cu un NB
- Izsekot atlikušajam austenītam: Mazāk nekā 5%, ja vien nav pārāk lēni rūdīts
- Neregulārs ferīts: Var veidoties, ja pārkarsēts vai nepareizi atdzesēts
Labi izpildīta šķīduma apstrāde rada naudas sodu, Vienota lata martensīts bez hroma karbīda nokrišņiem, kas ir būtisks korozijas izturībai un sekojošai nokrišņu sacietēšanai.
Šķīduma temperatūras ietekme uz īpašībām
- <1020 ° C: Nepilnīga sakausējuma karbīdu izšķīšana noved pie nevienmērīga austenīta un zemas martensīta cietības.
- 1040 ° C: Optimāla cietība un struktūra pilnīgas karbīda izšķīšanas dēļ bez pārmērīgas graudu augšanas.
- >1060 ° C: Pārmērīga karbīda izšķīšana, palielināts saglabātais austenīts, ferīta veidošanās, un rupjāki graudi samazina galīgo cietību un sniegumu.
Izpētīt ieskatu: Paraugi ar šķīdumu apstrādāti plkst 1040 ° C parādīja augstāko cietību (~ 38 HRC) un labākā vienveidība, Saskaņā ar metalogrāfisko analīzi.
5. Nokrišņu sacietēšana (Novecošanās) 17–4ph nerūsējošā tērauda apstākļi
Nokrišņu sacietēšana, pazīstams arī kā novecošanās, ir viskritiskākā fāze, izstrādājot 17–4 nerūsējošā tērauda galīgās mehāniskās īpašības.
Pēc šķīduma atkvēlināšanas (Nosacījums a), novecošanās procedūras izgulsnējas ar smalkām daļiņām-galvenokārt ar varu bagātām fāzēm-, kas kavē dislokācijas kustību un ievērojami palielina izturību un cietību.
Novecošanās ārstēšanas mērķis
- Līdz nogulsnes nanomēroga starpmetāla savienojumi (galvenokārt ε-cu) Martensīta matricā.
- Līdz stiprināt materiālu, izmantojot daļiņu izkliedi, ražas un stiepes izturības uzlabošana.
- Līdz drēbnieku mehāniskās un korozijas īpašības ar mainīgu temperatūru un laiku.
- Lai stabilizētu mikrostruktūru un samazinātu, saglabāja austenītu no šķīduma atkvēlināšanas.
Standarta novecošanās apstākļi
Novecošanās procedūras apzīmē “H” apstākļi, ar katru atspoguļo noteiktu temperatūras/laika ciklu. Visbiežāk izmantotie novecošanās apstākļi ir:
| Novecošanās stāvoklis | Temperatūra (° C) | Laiks (h) | Cietība (HRC) | Stiepes izturība (MPA) | Peļņas izturība (MPA) | Pagarināšana (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| H900 | 482 | 1 | 44–47 | 1310–1410 | 1170–1250 | 10–13 |
| H925 | 496 | 4 | 42–45 | 1280–1350 | 1100–1200 | 11–14 |
| H1025 | 552 | 4 | 35–38 | 1070–1170 | 1000–1100 | 13–17 |
| H1150 | 621 | 4 | 28–32 | 930–1000 | 860–930 | 17–21 |
Stiprināšanas mehānismi
- Ar varu bagāts ε-fāzes nogulsnes Veidlapa novecošanās laikā, parasti ~ 2–10 nm izmērs.
- Šīs daļiņas PIN dislokācijas, Plastmasas deformācijas kavēšana.
- Nogulsnes veidošanos regulē kodolizēšana un difūzijas kinētika, paātrināts augstākā temperatūrā, bet izraisa rupjākas daļiņas.
Kompromisi starp apstākļiem
Pareiza novecošanās stāvokļa izvēle ir atkarīga no paredzētā lietojuma:
- H900: Maksimālā izturība; Piemērots augstas slodzes kosmiskās aviācijas vai instrumentu lietojumprogrammām, bet ir samazināta izturība pret lūzumu un SCC rezistenci.
- H1025 vai H1150: Pastiprināta izturība un izturība pret koroziju; Vēlams naftas ķīmiskajiem vārstiem, jūras daļas, un spiediena sistēmas.
- Dubultā novecošanās (H1150-D): Ietver novecošanos plkst 1150 ° C divreiz, vai ar zemāku sekundāro soli (Piem., H1150m); Izmanto, lai vēl vairāk uzlabotu izmēru stabilitāti un stresa korozijas pretestību.
Faktori, kas ietekmē novecošanās efektivitāti
- Iepriekšēja risinājumu ārstēšana: Vienota martensīta matrica nodrošina pat nokrišņus.
- Dzesēšanas ātrums pēc risināšanas: Ietekme saglabāja austenītu un CU šķīdību.
- Atmosfēras kontrole: Inerta gāzes vai vakuuma apstākļi samazina oksidāciju novecošanās laikā.
Piedevas ražota 17-4ph novecošana
Unikālo mikrostruktūru dēļ (Piem., Saglabātie δ-ferīta vai atlikušie spriegumi), AM 17–4PH var būt nepieciešami pielāgoti novecošanās cikli vai termiskā homogenizācija soļi pirms standarta novecošanās.
Pētījumi to parāda H900 novecošanās vienatnē Varētu sasniegt pilnīgu nokrišņu sacietēšanu AM detaļās bez iepriekšējas pēcapstrādes.
6. Pielāgošanas ārstēšana (Fāžu maiņas ārstēšana)
Pēdējos gados, Pētnieki ir ieviesuši provizorisku Pielāgošanas ārstēšana, pazīstams arī kā fāžu maiņas ārstēšana, Pirms parastā šķīduma un novecošanās pakāpieniem 17–4ph nerūsējošajam tēraudam.
Šis papildu solis apzināti maina martensītu sākumu (Mₛ) un pabeigt (M_f) Transformācijas temperatūra,
Smalkākas martensīta matricas izveidošana un dramatiski uzlabojot gan mehānisko, gan korozijas izturību.
Mērķis un mehānisms.
Pielāgošanas apstrāde ietver tērauda turēšanu temperatūrā tieši zem tā zemākā kritiskās transformācijas punkta (parasti 750–820 ° C) uz noteiktu laiku (1–4 h).
Šīs turēšanas laikā, Daļēja reversā transformācija rada kontrolētu daudzumu atjaunotā austenīta.
Rezultātā, Turpmākā rūdīšana “bloķē” vienveidīgāku martensīta maisījumu un saglabāja austenītu, ar virves platumu, kas samazinās no vidējā 2 µm līdz 0,5–1 µm.
Mehāniskās priekšrocības.
Kad inženieri uzklāj to pašu šķīdumu un (1,040 ° C × 1 h) un standarta H900 novecošanās (482 ° C × 1 h) pēc tam, Viņi novēro:
- Vairāk nekā 2 × augstāka izturība pret triecienu, palielinās no ~ 15 j līdz 35 J pie –40 ° C.
- Izdalīšanās stipruma pieaugums no 50–100 MPa, tikai ar marginālu (5–10 %) cietības kritums.
Šie uzlabojumi rodas no smalkākiem, Savstarpēji savienots martensitisks tīkls, kas izplata plaisas iniciāciju un vienmērīgi izplata deformāciju.
Korozijas pretestības uzlabojumi.
Viņš ir Euarts līdz jaunam vecumam., 17–4ph paraugiem tika veikta tieša novecošanās vai pielāgošana + novecošanās, tad iegremdēts mākslīgajā jūras ūdenī.
Elektroķīmiskie testi, piemēram, polarizācijas līknes un pretestības spektroskopija, atklāja, ka ar korekciju apstrādāti paraugi ir parādīti:
- Izšķirt 0.2 V cēlējs korozijas potenciāls (E_corr) nekā tiešie kolēģi,
- Izšķirt 30 % zemāks gada korozijas līmenis, un
- Pitting potenciāla maiņa (E_pits) pie +0.15 V, norādot uz spēcīgāku pretestības pretestību.
Instrumentālā analīze šo uzvedību attiecināja uz hroma iztērēto zonu novēršanu pie graudu robežām.
Ar pielāgošanu apstrādātos paraugos, hroms paliek vienmērīgi sadalīts, pasīvās filmas stiprināšana pret hlorīda uzbrukumu.
Laika un temperatūras optimizācija.
Pētnieki arī izpētīja, kā mainīgi pielāgošanas parametri ietekmē mikrostruktūru:
- Ilgāk (līdz 4 h) Tālāk precizējiet martensītu virpas, bet plato izturībā ārpus 3 h.
- Augstāka pielāgošanas temperatūra (līdz 820 ° C) pastiprināt galīgo stiepes izturību par 5–8 % bet samazina pagarinājumu par 2–4 %.
- Novecošanās pēc kondicionēšanas augstākā temperatūrā (Piem., H1025, 525 ° C) mīkstina matricu un atjauno elastību, neupurējot izturību pret koroziju.
7. Mikrostruktūras evolūcija
Novecošanās laikā, Mikrostruktūra ievērojami pārveidojas:
- ε -ar nogulsnēm: Sfērisks, 5–20 nm diametrs; tie palielina ražas stiprumu līdz līdz 400 MPA.
- Ni ₃ un cr₇c₃ karbīdi: Lokalizēts pie graudu robežām, Šīs daļiņas stabilizē mikrostruktūru un pretojas rupjām.
- Atgriezās Austenite: Pielāgošanas ārstēšana veicina ~ 5 % saglabāja austenītu, kas uzlabo izturību pret lūzumu 15 %.
TEM analīzes apstiprina vienmērīgu ε -CU izkliedi H900, tā kā H1150 paraugiem ir daļēji rupji, saskaņošana ar to zemākajām cietības vērtībām.
8. Mehāniskās īpašības & 17-4ph nerūsējošā tērauda veiktspēja
17-4ph nerūsējošā tērauda mehāniskā veiktspēja ir viena no tā pārliecinošākajām īpašībām.
Tā unikālā augstas izturības kombinācija, laba izturība, un apmierinoša izturība pret koroziju - tiek veikta ar kontrolētu termisko apstrādi,
Padara to par vēlamo materiālu prasīgajās nozarēs, piemēram, kosmosā, naftas ķīmijas, un kodolenerģija.
Spēks un cietība novecošanās apstākļos
17-4ph mehāniskā stiprība ievērojami mainās atkarībā no novecošanās stāvokļa, parasti apzīmēts kā H900, H1025, H1075, un H1150.
Tie attiecas uz novecošanās temperatūru pēc Fārenheita grādiem un ietekmē tipu, lielums, un nostiprināšanas nostiprināšanas sadalījums-galvenokārt ε-cu daļiņas.
| Novecošanās stāvoklis | Peļņas izturība (MPA) | Galīgā stiepes izturība (MPA) | Pagarināšana (%) | Cietība (HRC) |
|---|---|---|---|---|
| H900 | 1170–1250 | 1310–1400 | 8–10 | 42–46 |
| H1025 | 1030–1100 | 1170–1250 | 10–12 | 35–39 |
| H1075 | 960–1020 | 1100–1180 | 11–13 | 32–36 |
| H1150 | 860–930 | 1000–1080 | 13–17 | 28–32 |
Lūzuma izturība un elastība
Stingrība lūzums ir kritiska metrika strukturāliem komponentiem, kas pakļauti dinamiskām vai trieciena slodzēm. 17-4PH ir atšķirīgs izturības līmenis atkarībā no novecošanās stāvokļa.
- H900: ~ 60–70 MPA√m
- H1150: ~ 90–110 MPA√m
Noguruma pretestība
Cikliskās iekraušanas lietojumos, piemēram, gaisa kuģu struktūrās vai turbīnu komponentos, Noguruma pretestība ir būtiska. 17-4PH demonstrē izcilu noguruma veiktspēju:
- Augstas ražas stiprums, samazinot plastmasas deformāciju.
- Smalkas nogulsnes struktūra, kas pretojas plaisas iniciācijai.
- Martensīta matrica, kas nodrošina stabilu pamatu.
Noguruma robeža (H900):
~ 500 MPa rotējošā liekšanas nogurumā (gaisa vide)
Repe un stresa plīsuma uzvedība
Lai gan to parasti izmanto augstas temperatūras šļūdes pretestībai, 17-4PH var izturēt periodisku iedarbību līdz 315 ° C (600 ° F).
Ārpus šī, Stiprums sāk pasliktināties, pateicoties graujošu un pārmērīgu novecošanās dēļ.
- Šļūdes spēks: mērīties plkst < 315 ° C
- Stresa plīsuma dzīve: jutīgs pret novecošanās ārstēšanu un darba temperatūru
Nodilums un virsmas cietība
17-4PH rāda labu nodiluma izturību H900 stāvoklī augstas cietības un stabilas mikrostruktūras dēļ.
Lietojumos, kas saistīti ar virsmas nodilumu vai bīdāmu kontaktu (Piem., vārstu sēdekļi, vārpstas), Var uzklāt papildu virsmas sacietēšanas procedūras, piemēram, nitring vai PVD pārklājumus.
9. Izturība pret koroziju & Vides apsvērumi
Pēc termiskās apstrādes, Detaļas iziet skāba pasivācija (Piem., 20 % H₂so₄ + Cro₃) Lai izveidotu stabilu cr₂o₃ slāni. Līdz ar to:
- Pretestība: H1150 paraugi pretojas bedrēšanai 0.5 M NaCl līdz 25 ° C; H900 pretojas 0.4 M.
- SCC uzņēmība: Abi nosacījumi atbilst NACE TM0177 standartiem skābā servisa gadījumā, ja tie ir pareizi pasivēti.
Turklāt, Pēdējais ultraskaņas tīrīšanas cikls samazina virsmas ieslēgumus 90 %, Turpmāka ilgtermiņa izturības uzlabošana agresīvos plašsaziņas līdzekļos.
10. 17–4ph nerūsējošā tērauda rūpniecības pielietojumi
Kosmiskās aviācijas nozare
- Nolaišanās zobratu komponenti
- Stiprinājumi un veidgabali
- Motora stiprinājumi un vārpstas
- Pievada korpusi
Naftas ķīmijas un jūrā lietojumprogrammas
- Sūkņu vārpstas
- Vārsta kāti un sēdekļi
- Spiediena tvertnes un atloki
- Sakabes un bukses
Enerģijas ražošana
- Turbīnu asmeņi un diski
- Kontroles stieņu mehānismi
- Stiprinājumi un atbalsta struktūras
Medicīniskās un zobu ierīces
- Ķirurģiski instrumenti
- Ortopēdiskie rīki
- Zobu implanti un rokas
Pārtikas pārstrāde un ķīmiskais aprīkojums
- Konveijera komponenti
- Siltummaiņi
- Augstas stipruma veidnes un nomirst
- Izturīgs pret mazgāšanu
Piedevu ražošana (Esmu) un 3D drukāšana
- Sarežģītas kosmiskās aviācijas iekavas
- Pielāgoti instrumentu ieliktņi
- Konformālās dzesēšanas veidnes
11. Secinājums
17–4ph apstrādāt siltumu Process piedāvā pielāgotu īpašību spektru, manipulējot ar šķīdumu anulēšanu, pielāgošana, un novecošanās parametri.
Pieņemot labāko praksi, piemēram, ± 5 ° C krāsns kontrole, precīzs laiks, un pareiza pasivācija - inženieri ticami sasniedz nepieciešamās izturības kombinācijas, izturība, un izturība pret koroziju.
Šis ir ideāla izvēle jūsu ražošanas vajadzībām, ja jums nepieciešama augstas kvalitātes 17-4Ph nerūsējošais tērauds daļa.
