17-4ph proses rawatan haba keluli tahan karat

1. Pengenalan

17-4ph keluli tahan karat menonjol sebagai pemendakan pemendakan (Ph) aloi yang menggabungkan rintangan kakisan dengan kekuatan yang tinggi.

Terdiri daripada 15-17.5 % Chromium, 3-5 % Nikel, 3-5 % Tembaga, dan 0.15-0.45 % niobium, ia tergolong dalam keluarga ferit -martensit.

Akibatnya, Pengilang menggunakannya dalam menuntut sektor seperti Aeroangkasa (Pin pendaratan -gear), petrokimia (trim injap), dan perkakas (acuan dan mati).

Dalam artikel ini, Kami akan menyelidiki kitaran rawatan haba yang lengkap, meliputi penyelesaian penyepuhlindapan, rawatan pelarasan, penuaan, dan evolusi mikrostruktur.

2. Latar belakang bahan & Asas metalurgi

17- 4ph milik Ferritic -martensitic kelas keluli tahan karat, Menggabungkan tetragonal berpusatkan badan (Bct) Matriks martensit dengan fasa pemendakan yang baik untuk kekuatan.

Komposisi kimia

Elemen	Julat (wt%)	Peranan utama dalam aloi
Cr	15.0-17.5	Membentuk filem pasif pelindung untuk pitting dan rintangan kakisan
Dalam	3.0-5.0	Menstabilkan austenit yang ditahan, meningkatkan ketangguhan dan kemuluran
Cu	3.0-5.0	Mendakan sebagai ε -cu semasa penuaan, meningkatkan kekuatan hasil sehingga ~ 400mpa
Nb + Menghadap	0.15-0.45	Menapis saiz bijian dan mengikat karbon sebagai NBC, mencegah pembentukan karbida kromium
C	≤0.07	Menyumbang kepada kekerasan martensit tetapi terus rendah untuk mengelakkan karbida yang berlebihan
Mn	≤1.00	Bertindak sebagai penstabil austenite dan deoxidizer; Lebihan adalah terhad untuk mencegah pembentukan kemasukan
Dan	≤1.00	Berfungsi sebagai deoxidizer semasa lebur; Kelebihan boleh membentuk silicides rapuh
P	≤0.04	Secara amnya dianggap sebagai kekotoran; disimpan rendah untuk meminimumkan pelemalan
S	≤0.03	Sulfur dapat meningkatkan kebolehkerjaan tetapi terhad untuk mencegah keretakan panas dan mengurangkan ketangguhan
Fe	Keseimbangan	Elemen matriks asas, membentuk tulang belakang ferit/martensit

Tambahan pula, Rajah fasa Fe -cr -ni -cu menyoroti suhu transformasi utama.

Selepas penyelesaian penyepuhlindapan di atas 1,020 ° C., Quen yang cepat mengubah austenit menjadi martensit, dengan permulaan martensit (Mₛ) Berhampiran 100 ° C dan selesai (M_f) sekitar -50 ° C..

Akibatnya, Quench ini menghasilkan matriks martensit yang sepenuhnya supersaturated yang berfungsi sebagai asas untuk pengerasan hujan berikutnya.

3. Asas rawatan haba

Rawatan haba untuk 17-4ph terdiri daripada dua langkah berurutan:

1. Penyelesaian Penyepuh (Keadaan a): Larut tembaga dan niobium mendahului di austenit dan menghasilkan martensit supersaturated apabila menghilangkan.
2. Pengerasan hujan (Penuaan): Membentuk tembaga -kaya ε precipitates dan zarah nbc yang menghalang gerakan kehelan.

Dari sudut pandangan termodinamik, Tembaga mempamerkan kelarutan terhad pada suhu tinggi tetapi mendahului di bawah 550 ° C..

Secara kinetik, ε -o 480 ° C., dengan kitaran penuaan yang tipikal mengimbangi pengagihan mendakan halus terhadap pertumbuhan berlebihan atau kasar.

4. Penyelesaian Penyepuh (Keadaan a) keluli tahan karat 17-4ph

Penyelesaian Penyepuh, dirujuk sebagai Keadaan a, adalah tahap kritikal dalam proses rawatan haba 17-4ph keluli tahan karat.

Langkah ini menyediakan bahan untuk penuaan berikutnya dengan mewujudkan matriks marten homogen dan supersaturated.

Keberkesanan fasa ini menentukan sifat mekanikal akhir dan rintangan kakisan keluli.

Tujuan penyelesaian penyepuhlindapan

• Larutkan elemen alloying seperti cu, Nb, dan Ni ke dalam matriks austenitik pada suhu tinggi.
• Homogenisasi mikrostruktur Untuk menghapuskan pengasingan dan tekanan sisa dari pemprosesan sebelumnya.
• Memudahkan transformasi martensit Semasa penyejukan untuk membentuk kuat, Pangkalan martensit supersaturated untuk pengerasan hujan.

Parameter rawatan haba biasa

Parameter	Julat nilai
Suhu	1020-1060 ° C.
Masa merendam	30-60 minit
Kaedah penyejukan	Penyejukan udara atau pelindapir minyak

Suhu transformasi

Peralihan fasa	Suhu (° C.)
Ac₁ (Permulaan austenitisasi)	~ 670
Ac₃ (Lengkap austenitisasi)	~ 740
Mₛ (Permulaan martensit)	80-140
M_f (Penamat martensit)	~ 32

Hasil Mikrostruktur

Selepas rawatan penyelesaian dan pelindapkejutan, Struktur mikro biasanya merangkumi:

• Martensite Lath Rendah-Karbon (fasa utama): Supersaturated dengan Cu dan Nb
• Jejak austenit sisa: Kurang daripada 5%, Kecuali dipadamkan terlalu perlahan
• Sesekali ferit: Boleh membentuk jika terlalu panas atau tidak disejukkan

Rawatan penyelesaian yang dilaksanakan dengan baik menghasilkan denda, Martensit Lath Seragam Tanpa Pemendakan Karbida Kromium, yang penting untuk rintangan kakisan dan pengerasan hujan berikutnya.

Kesan suhu penyelesaian pada sifat

• <1020 ° C.: Pembubaran karbida aloi yang tidak lengkap membawa kepada kekerasan martensit yang tidak rata dan rendah.
• 1040 ° C.: Kekerasan dan struktur yang optimum disebabkan oleh pembubaran karbida penuh tanpa pertumbuhan bijirin yang berlebihan.
• >1060 ° C.: Pembubaran karbida yang berlebihan, Peningkatan austenit yang ditahan, Pembentukan ferit, dan bijirin kasar mengurangkan kekerasan dan prestasi akhir.

Wawasan kajian: Sampel penyelesaian yang dirawat pada 1040 ° C menunjukkan kekerasan tertinggi (~ 38 HRC) dan keseragaman terbaik, Seperti analisis metallographic.

5. Pengerasan hujan (Penuaan) Keadaan keluli tahan karat 17-4ph

Pengerasan hujan, juga dikenali sebagai penuaan, adalah fasa paling kritikal dalam membangunkan sifat mekanikal akhir 17-4 keluli tahan karat.

Selepas penyelesaian penyepuhlindapan (Keadaan a), Rawatan penuaan mendakan zarah halus-terutamanya fasa kaya tembaga-yang menghalang gerakan kehelan dan meningkatkan kekuatan dan kekerasan dengan ketara.

Tujuan rawatan penuaan

• Ke Mendapati sebatian intermetallic nanoscale (terutamanya ε-cu) dalam matriks martensit.
• Ke menguatkan bahan melalui penyebaran zarah, meningkatkan hasil dan kekuatan tegangan.
• Ke Tailor sifat mekanikal dan kakisan dengan pelbagai suhu dan masa.
• Untuk menstabilkan mikrostruktur dan meminimumkan austenit yang disimpan dari penyepuhlindapan penyelesaian.

Keadaan penuaan standard

Rawatan penuaan ditetapkan oleh Keadaan "H", dengan masing -masing mencerminkan kitaran suhu/masa tertentu. Keadaan penuaan yang paling biasa digunakan adalah:

Mekanisme pengukuhan

• Fasa ε-fasa kaya tembaga bentuk semasa penuaan, Biasanya ~ 2-10 nm.
• Zarah -zarah ini dislokasi pin, menghalang ubah bentuk plastik.
• Pembentukan mendakan dikawal oleh kinetika nukleus dan penyebaran, dipercepat pada suhu yang lebih tinggi tetapi mengakibatkan zarah -zarah yang lebih kasar.

Perdagangan antara keadaan

Memilih keadaan penuaan yang betul bergantung pada aplikasi yang dimaksudkan:

• H900: Kekuatan maksimum; Sesuai untuk aplikasi aeroangkasa atau alat yang tinggi, tetapi telah mengurangkan ketangguhan patah dan rintangan SCC.
• H1025 atau H1150: Ketahanan dan ketahanan kakisan yang dipertingkatkan; lebih disukai untuk injap petrokimia, Bahagian Marin, dan sistem tekanan.
• Penuaan berganda (H1150-D): Melibatkan penuaan di 1150 ° C dua kali, atau dengan langkah sekunder yang lebih rendah (Mis., H1150m); digunakan untuk meningkatkan lagi kestabilan dimensi dan ketahanan kakisan tekanan.

Faktor yang mempengaruhi keberkesanan penuaan

• Rawatan penyelesaian terdahulu: Matriks martensit seragam memastikan walaupun hujan.
• Kadar Penyejukan Pasca Solusi: Mempengaruhi kelarutan austenit dan cu.
• Kawalan atmosfera: Gas lengai atau keadaan vakum meminimumkan pengoksidaan semasa penuaan.

Penuaan Aditif yang Dilancarkan 17-4PH

Kerana struktur mikro yang unik (Mis., dikekalkan δ-ferrite atau tekanan sisa), AM 17-4ph mungkin memerlukan kitaran penuaan yang disesuaikan atau homogenisasi haba langkah sebelum penuaan standard.

Kajian menunjukkan bahawa H900 penuaan sahaja mungkin tidak mencapai pengerasan pemendakan penuh di bahagian AM tanpa pemprosesan selepas.

6. Rawatan pelarasan (Rawatan perubahan fasa)

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, penyelidik telah memperkenalkan awal rawatan pelarasan, juga dikenali sebagai rawatan perubahan fasa, Sebelum langkah penyelesaian dan penuaan penyelesaian konvensional untuk keluli tahan karat 17-4ph.

Langkah tambahan ini sengaja mengalihkan permulaan martensit (Mₛ) dan selesai (M_f) suhu transformasi,

mewujudkan matriks martensit yang lebih baik dan secara dramatik meningkatkan prestasi mekanikal dan hakisan -ketahanan.

Tujuan dan mekanisme.

Rawatan pelarasan melibatkan memegang keluli pada suhu di bawah titik transformasi kritikal yang lebih rendah (biasanya 750-820 ° C.) untuk masa yang ditetapkan (1-4 h).

Semasa pegangan ini, Transformasi terbalik separa menghasilkan jumlah terkawal austenit yang dikembalikan.

Akibatnya, pelindapkejutan berikutnya "mengunci" campuran martensit yang lebih seragam dan disimpan austenit, dengan lebar lath menyusut dari purata 2 μm turun hingga 0.5-1 μm.

Faedah mekanikal.

Apabila jurutera menggunakan penyelesaian penyelesaian yang sama (1,040 ° C × 1 h) dan penuaan H900 standard (482 ° C × 1 h) selepas itu, mereka memerhatikan:

• Lebih daripada 2 × ketangguhan kesan yang lebih tinggi, meningkat dari ~ 15 j hingga ke atas 35 J pada -40 ° C.
• Keuntungan kekuatan hasil daripada 50-100 MPa, dengan hanya kecil (5-10 %) Jatuhkan kekerasan.

Penambahbaikan ini berpunca dari yang lebih baik, rangkaian martensit yang saling berkait yang menumbangkan permulaan dan menyebarkan ubah bentuk lebih merata.

Penambahbaikan Korosi -Perjanjian.

Dia adalah Euart pada usia muda., 17Sampel -4PH menjalani penuaan atau pelarasan langsung + penuaan, kemudian direndam dalam air laut buatan.

Ujian elektrokimia -seperti lengkung polarisasi dan spektroskopi impedans -disesuaikan bahawa spesimen yang dirawat pelarasan dipamerkan:

• A 0.2 Potensi kakisan yang lebih mulia (E_corr) daripada rakan sejawat yang berpengalaman,
• A 30 % kadar kakisan tahunan yang lebih rendah, dan
• Pergeseran potensi pitting (E_pit) oleh +0.15 V, menunjukkan kemunculan pitting yang lebih kuat.

Analisis instrumental disebabkan tingkah laku ini kepada penghapusan zon kromium yang hancur di sempadan bijian.

Dalam sampel yang dirawat pelarasan, Kromium tetap diedarkan secara seragam, Memperkukuhkan Filem Pasif Terhadap Serangan Klorida.

Pengoptimuman masa dan suhu.

Penyelidik juga menyiasat bagaimana parameter pelarasan yang berbeza -beza mempengaruhi struktur mikro:

• Lebih lama memegang (hingga 4 h) Selanjutnya menyempurnakan laths martensitic tetapi dataran tinggi dalam ketangguhan di luar 3 h.
• Suhu pelarasan yang lebih tinggi (hingga 820 ° C.) meningkatkan kekuatan tegangan muktamad dengan 5-8 % tetapi mengurangkan pemanjangan sebanyak 2-4 %.
• Penuaan pasca -conditioning pada suhu yang lebih tinggi (Mis., H1025, 525 ° C.) melembutkan matriks dan mengembalikan kemuluran tanpa mengorbankan rintangan kakisan.

7. Evolusi mikrostruktur

Semasa penuaan, Struktur mikro berubah dengan ketara:

• ε-cu precipitates: Sfera, 5-20 nm diameter; mereka meningkatkan kekuatan hasil sehingga 400 MPA.
• Ni ₃the dan cr₇c₃ carbides: Setempat di sempadan bijian, Zarah -zarah ini menstabilkan struktur mikro dan menahan kasar.
• Kembali austenite: Rawatan pelarasan menggalakkan ~ 5 % disimpan austenit, yang meningkatkan ketangguhan patah oleh 15 %.

Analisis TEM mengesahkan penyebaran ε -cu dalam H900, sedangkan sampel H1150 mempamerkan separa kasar, sejajar dengan nilai kekerasan yang lebih rendah.

8. Sifat mekanikal & Prestasi keluli tahan karat 17-4ph

Prestasi mekanikal keluli tahan karat 17-4ph adalah salah satu sifat yang paling menarik.

Gabungan kekuatan yang unik, ketangguhan yang baik, dan rintangan kakisan yang memuaskan -dicapai melalui rawatan haba terkawal,

menjadikannya bahan pilihan dalam menuntut sektor seperti aeroangkasa, petrokimia, dan kuasa nuklear.

Kekuatan dan kekerasan merentasi keadaan penuaan

Kekuatan mekanikal 17-4ph berbeza dengan ketara bergantung pada keadaan penuaan, biasanya ditetapkan sebagai H900, H1025, H1075, dan H1150.

Ini merujuk kepada suhu penuaan dalam darjah Fahrenheit dan mempengaruhi jenis, saiz, dan pengedaran pengukuhan precipitates-sebelum ini ε-cu zarah.

Ketangguhan dan kemuluran patah

Ketangguhan patah adalah metrik kritikal untuk komponen struktur yang terdedah kepada beban dinamik atau kesan. 17-4Pamen PH yang berbeza -beza tahap ketangguhan bergantung pada keadaan penuaan.

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

Rintangan Keletihan

Dalam aplikasi pemuatan kitaran seperti struktur pesawat atau komponen turbin, Rintangan keletihan adalah penting. 17-4PH menunjukkan prestasi keletihan yang sangat baik kerana:

• Kekuatan hasil yang tinggi mengurangkan ubah bentuk plastik.
• Struktur mendakan halus yang menentang permulaan retak.
• Matriks martensit yang menyediakan asas yang mantap.

Had keletihan (H900):
~ 500 MPa dalam berputar keletihan lenturan (persekitaran udara)

Tingkah laku rayap dan tekanan pecah

Walaupun tidak biasanya digunakan untuk rintangan rayap suhu tinggi, 17-4PH boleh menahan pendedahan sekejap sehingga 315 ° C. (600 ° f).

Di luar ini, Kekuatan mula merosot disebabkan oleh penuaan dan penuaan yang lebih tinggi.

• Kekuatan Creep: sederhana di < 315 ° C.
• Tekanan memecah hidup: sensitif terhadap rawatan penuaan dan suhu operasi

Pakai dan kekerasan permukaan

17-4PH menunjukkan rintangan haus yang baik dalam keadaan H900 kerana kekerasan yang tinggi dan mikrostruktur yang stabil.

Dalam aplikasi yang melibatkan pakaian permukaan atau hubungan gelongsor (Mis., Kerusi injap, aci), Rawatan pengerasan permukaan tambahan seperti salutan nitriding atau PVD boleh digunakan.

9. Rintangan kakisan & Pertimbangan Alam Sekitar

Selepas rawatan haba, bahagian menjalani Passivation berasid (Mis., 20 % H₂so₄ + Cro₃) Untuk membentuk lapisan Cr₂o₃ yang stabil. Akibatnya:

• Pitting Rintangan: Sampel H1150 menentang pitting masuk 0.5 M naCl hingga 25 ° C.; H900 menentang sehingga 0.4 M.
• Kerentanan SCC: Kedua -dua syarat memenuhi piawaian NACE TM0177 untuk perkhidmatan masam apabila diluluskan dengan betul.

Selain itu, Kitaran pembersihan ultrasonik terakhir mengurangkan kemasukan permukaan oleh 90 %, meningkatkan ketahanan jangka panjang dalam media yang agresif.

10. Aplikasi perindustrian keluli tahan karat 17-4ph

Industri Aeroangkasa

• Komponen gear pendaratan
• Pengikat dan kelengkapan
• Kurungan enjin dan aci
• Perumahan penggerak

Aplikasi petrokimia dan luar pesisir

• Aci pam
• Batang dan tempat duduk injap
• Kapal dan bebibir tekanan
• Gandingan dan bushings

Penjanaan kuasa

• Bilah dan cakera turbin
• Mekanisme Rod Kawalan
• Pengikat dan struktur sokongan

Peranti perubatan dan pergigian

• Instrumen pembedahan
• Alat ortopedik
• Implan Gigi dan Handpieces

Pemprosesan makanan dan peralatan kimia

• Komponen penghantar
• Penukar haba
• Acuan kekuatan tinggi dan mati
• Galas tahan cuci

Pembuatan Aditif (Am) dan percetakan 3D

• Kurungan aeroangkasa kompleks
• Sisipan perkakas yang disesuaikan
• Acuan penyejukan konformal

11. Kesimpulan

17-4ph rawatan haba Proses menawarkan spektrum sifat yang disesuaikan dengan memanipulasi penyelesaian penyelesaian, pelarasan, dan parameter penuaan.

Dengan mengadopsi amalan terbaik -seperti kawalan relau ± 5 ° C, Masa yang tepat, dan kejuruteraan passivation yang betul dengan pasti mencapai kombinasi kekuatan yang diperlukan, ketangguhan, dan rintangan kakisan.

Ini adalah pilihan yang sesuai untuk keperluan pembuatan anda jika anda memerlukan berkualiti tinggi 17-4ph Keluli tahan karat bahagian.

Hubungi kami hari ini!