17Quá trình xử lý nhiệt bằng thép không gỉ 4PH

1. Giới thiệu

17Thép không gỉ 4PH nổi bật như một lượng mưa (PH) Hợp kim pha trộn khả năng chống ăn mòn với cường độ cao.

Bao gồm 15 trận17.5 % crom, 3—5 % niken, 3—5 % đồng, và 0,15 bóng0,45 % Niobi, nó thuộc về gia đình ferritic - martensitic.

Do đó, Các nhà sản xuất sử dụng nó trong các lĩnh vực đòi hỏi như hàng không vũ trụ (chân hạ cánh), hóa dầu (Van cắt), và công cụ (khuôn và chết).

Trong bài viết này, Chúng tôi sẽ đi sâu vào chu kỳ điều trị nhiệt hoàn toàn, bao gồm giải pháp ủ, điều chỉnh điều trị, Lão hóa, và tiến hóa vi cấu trúc.

2. Nền vật chất & Cơ sở luyện kim

17- 4ph thuộc về ferritic martensitic lớp thép không gỉ, kết hợp một cơ thể - tứ giác trung tâm (BCT) ma trận martensitic với các pha mưa tốt cho sức mạnh.

Thành phần hóa học

Yếu tố	Phạm vi (wt%)	Vai trò chính trong hợp kim
Cr	15.0Mạnh17.5	Tạo thành một bộ phim thụ động CR₂O₃ bảo vệ để rỗ và chống ăn mòn
TRONG	3.0Cấm5.0	Ổn định Austenite giữ lại, cải thiện độ bền và độ dẻo
Củ	3.0Cấm5.0	Kết tủa như ε - CU trong quá trình lão hóa, tăng cường sức mạnh năng suất lên tới ~ 400MPa
NB + Phải đối mặt	0.15Cấm0,45	Tinh chỉnh kích thước hạt và liên kết carbon như NBC, ngăn chặn sự hình thành cacbua crom
C	≤0,07	Đóng góp vào độ cứng martensitic nhưng giữ thấp để tránh các cacbua quá mức
Mn	≤1,00	Hoạt động như một chất ổn định và chất khử oxy Austenite; dư thừa được giới hạn để ngăn chặn sự hình thành bao gồm
Và	≤1,00	Phục vụ như một chất khử oxy trong quá trình tan chảy; dư thừa có thể hình thành các chất silic giòn
P	≤0,04	Thường được coi là một tạp chất; Giữ thấp để giảm thiểu sự nuôi dưỡng
S	0.03	Lưu huỳnh có thể cải thiện khả năng gia công nhưng được giới hạn trong việc ngăn chặn sự cố nóng và giảm độ dẻo dai
Fe	Sự cân bằng	Phần tử ma trận cơ sở, hình thành xương sống ferritic/martensitic

Hơn nữa, Sơ đồ pha FeTHER CrTHER NITHER Cu làm nổi bật nhiệt độ chuyển đổi chính.

Sau khi giải quyết ở trên 1,020 °C, Một chất làm nguội nhanh chóng biến Austenite thành martensite, với một khởi đầu martensitic (Mₛ) gần 100 ° C và kết thúc (M_f) khoảng 50 ° c.

Do đó, Điều này dập tắt mang lại một ma trận martensitic siêu bão hòa hoàn toàn, đóng vai trò là nền tảng cho việc làm cứng lượng mưa tiếp theo.

3. Nguyên tắc điều trị nhiệt cơ bản

Nhiệt độ nhiệt cho 17‑ 4PH bao gồm hai bước tuần tự:

1. Ủ giải pháp (Điều kiện A): Hòa tan kết tủa đồng và niobi trong austenite và tạo ra một martensite siêu bão hòa khi làm nguội.
2. Lượng mưa cứng lại (Lão hóa): Tạo thành các hạt và các hạt NBC giàu đồng, ngăn chặn chuyển động trật khớp.

Từ quan điểm nhiệt động, Đồng thể hiện độ hòa tan hạn chế ở nhiệt độ cao nhưng kết tủa bên dưới 550 °C.

Động học, ε o 480 °C, với các chu kỳ lão hóa điển hình cân bằng phân phối kết tủa tốt so với tăng trưởng quá mức hoặc thô.

4. Ủ giải pháp (Điều kiện A) bằng thép không gỉ 17‑ 4PH

Giải pháp ủ, được gọi là Điều kiện A, là một giai đoạn quan trọng trong quá trình xử lý nhiệt của thép không gỉ 17-4ph.

Bước này chuẩn bị vật liệu cho sự lão hóa tiếp theo bằng cách tạo ra một ma trận martensitic đồng nhất và siêu bão hòa.

Hiệu quả của pha này xác định các tính chất cơ học cuối cùng và khả năng chống ăn mòn của thép.

Mục đích của giải pháp ủ

• Hòa tan các yếu tố hợp kim suh như với, NB, và ni vào ma trận austenitic ở nhiệt độ cao.
• Đồng nhất hóa cấu trúc vi mô để loại bỏ sự phân biệt và ứng suất dư khỏi xử lý trước.
• Tạo điều kiện chuyển đổi martensitic Trong quá trình làm mát để tạo thành một, Cơ sở martensitic siêu bão hòa để làm cứng lượng mưa.

Thông số xử lý nhiệt điển hình

Tham số	Phạm vi giá trị
Nhiệt độ	1020Tiết1060 ° C.
Thời gian ngâm	30–60 phút
Phương pháp làm mát	Làm mát không khí hoặc làm mát dầu

Nhiệt độ biến đổi

Chuyển pha	Nhiệt độ (°C)
Ac₁ (Bắt đầu của Austenitization)	~ 670
Ac₃ (Hoàn thành Austenitization)	~ 740
Mₛ (Bắt đầu của Martensite)	80Tiết140
M_f (Kết thúc của Martensite)	~ 32

Kết quả vi cấu trúc

Sau khi xử lý và làm nguội dung dịch, cấu trúc vi mô thường bao gồm:

• Latbon lath martensite thấp (Pha chính): Siêu bão hòa với CU và NB
• Dấu vết còn lại austenite: Ít hơn 5%, Trừ khi bị dập tắt quá chậm
• Thỉnh thoảng ferrite: Có thể hình thành nếu quá nóng hoặc làm mát không đúng cách

Điều trị giải pháp được thực hiện tốt mang lại tiền phạt, đồng nhất lath martensite không có kết tủa cacbua crom, Điều này rất cần thiết cho khả năng chống ăn mòn và lượng mưa tiếp theo.

Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch đến tính chất

• <1020 °C: Sự hòa tan không hoàn toàn của các cacbua hợp kim dẫn đến độ cứng austenite và martensite thấp không đồng đều.
• 1040 °C: Độ cứng và cấu trúc tối ưu do hòa tan cacbua hoàn toàn mà không tăng trưởng hạt quá mức.
• >1060 °C: Giải thể cacbua quá mức, Tăng Austenite giữ lại, hình thành ferrite, và các loại ngũ cốc thô giảm độ cứng và hiệu suất cuối cùng.

Nghiên cứu cái nhìn sâu sắc: Mẫu được xử lý giải pháp tại 1040 ° C cho thấy độ cứng cao nhất (~ 38 giờ) và tính đồng nhất tốt nhất, Theo phân tích kim loại.

5. Lượng mưa cứng lại (Lão hóa) Điều kiện bằng thép không gỉ 17‑4PH

Lượng mưa cứng, còn được gọi là Lão hóa, là giai đoạn quan trọng nhất trong việc phát triển các tính chất cơ học cuối cùng của thép không gỉ 17‑4.

Sau khi giải quyết ủ (Điều kiện A), Các phương pháp điều trị lão hóa kết tủa các hạt mịn, chủ yếu là các pha giàu đồng.

Mục đích điều trị lão hóa

• ĐẾN kết tủa các hợp chất intermetallic nano (Chủ yếu là-Cu) trong ma trận martensitic.
• ĐẾN Tăng cường vật liệu thông qua sự phân tán hạt, Cải thiện năng suất và độ bền kéo.
• ĐẾN Tính chất cơ học và ăn mòn theo nhiệt độ và thời gian khác nhau.
• Để ổn định cấu trúc vi mô và giảm thiểu Austenite được giữ lại khỏi dung dịch ủ.

Điều kiện lão hóa tiêu chuẩn

Phương pháp điều trị lão hóa được chỉ định bởi Các điều kiện của H H, với mỗi lần phản ánh một chu kỳ nhiệt độ/thời gian cụ thể. Các điều kiện lão hóa được sử dụng phổ biến nhất là:

Cơ chế tăng cường

• Kết tủa pha giàu đồng hình thành trong quá trình lão hóa, Thông thường ~ 2 …10nm có kích thước.
• Những hạt này ghim ghim, Ức chế biến dạng dẻo.
• Sự hình thành kết tủa được điều chỉnh bởi Động lực tạo mầm và khuếch tán, tăng tốc ở nhiệt độ cao hơn nhưng dẫn đến các hạt thô hơn.

Sự đánh đổi giữa các điều kiện

Chọn đúng điều kiện lão hóa phụ thuộc vào ứng dụng dự định:

• H900: Sức mạnh tối đa; Thích hợp cho các ứng dụng hàng không vũ trụ hoặc công cụ tải cao, nhưng đã giảm độ dẻo dai và khả năng chống SCC.
• H1025 hoặc H1150: Tăng cường độ bền và khả năng chống ăn mòn; ưa thích cho các van hóa dầu, Các bộ phận biển, và hệ thống áp lực.
• Lão hóa gấp đôi (H1150-D): Liên quan đến lão hóa tại 1150 ° C hai lần, hoặc với một bước thứ cấp thấp hơn (ví dụ., H1150m); được sử dụng để cải thiện hơn nữa sự ổn định về chiều và khả năng chống ăn mòn căng thẳng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả lão hóa

• Điều trị giải pháp trước: Ma trận martensitic thống nhất đảm bảo kết tủa thậm chí.
• Tốc độ làm mát sau giải pháp: Ảnh hưởng đến khả năng hòa tan của austenite và cu.
• Kiểm soát bầu không khí: Điều kiện khí trơ hoặc chân không giảm thiểu quá trình oxy hóa trong quá trình lão hóa.

Lão hóa của 17-4ph do phụ gia sản xuất

Do các cấu trúc vi mô độc đáo (ví dụ., giữ lại Δ-ferrite hoặc ứng suất dư), AM 17‑4PH có thể yêu cầu chu kỳ lão hóa tùy chỉnh hoặc Đồng nhất nhiệt Các bước trước khi lão hóa tiêu chuẩn.

Các nghiên cứu cho thấy rằng H900 Lão hóa một mình có thể không đạt được độ cứng đầy đủ ở các phần AM mà không cần xử lý sau.

6. Điều chỉnh điều trị (Pha điều trị thay đổi)

Trong những năm gần đây, Các nhà nghiên cứu đã giới thiệu một sơ bộ điều chỉnh điều trị, còn được gọi là Pha điều trị thay đổi, Trước các bước giải pháp thông thường, các bước thực tế và lão hóa cho thép không gỉ 17‑4PH.

Bước bổ sung này cố tình thay đổi khởi đầu martensitic (Mₛ) và kết thúc (M_f) Nhiệt độ biến đổi,

Tạo một ma trận martensitic tốt hơn và tăng cường đáng kể cả hiệu suất cơ học và ăn mòn.

Mục đích và cơ chế.

Điều chỉnh điều chỉnh liên quan đến việc giữ thép ở nhiệt độ ngay dưới điểm chuyển đổi quan trọng thấp hơn của nó (Thông thường 750 bóng820 ° C.) trong một thời gian quy định (1–4 h).

Trong thời gian giữ này, Chuyển đổi ngược một phần tạo ra một lượng được kiểm soát của austenite được kiểm soát.

Kết quả là, sau đó dập tắt khóa khóa trong một hỗn hợp martensite đồng đều hơn và giữ lại austenite, với độ rộng của máy tiện bị thu hẹp từ mức trung bình của 2 “M xuống đến 0,5 .1.

Lợi ích cơ học.

Khi các kỹ sư áp dụng cùng một giải pháp - thực tế (1,040 ° C × 1 h) và lão hóa H900 tiêu chuẩn (482 ° C × 1 h) sau đó, Họ quan sát:

• Độ bền cao hơn 2 × Tác động cao hơn, tăng từ ~ 15 j lên hơn 35 J ở mức 40 ° C.
• Năng suất tăng sức mạnh của 50 trận100 MPa, Chỉ có một bên lề (5Tiết10 %) giảm độ cứng.

Những cải tiến này xuất phát từ tốt hơn, Mạng martensitic lồng vào nhau làm cho crunt bắt đầu crack và lan truyền biến dạng hơn.

Cải thiện chống ăn mòn.

Anh ấy là Euart khi còn trẻ., 17Các mẫu 4PH đã trải qua quá trình lão hóa hoặc điều chỉnh trực tiếp + Lão hóa, sau đó đắm chìm trong nước biển nhân tạo.

Các bài kiểm tra điện hóa học như các đường cong phân cực và quang phổ trở kháng đã tiết lộ rằng các mẫu vật được điều chỉnh:

• MỘT 0.2 V tiềm năng ăn mòn Nobler (E_corr) hơn các đối tác trực tiếp,
• MỘT 30 % tốc độ ăn mòn hàng năm thấp hơn, Và
• Sự thay đổi tiềm năng rỗ (E_pit) qua +0.15 V., chỉ ra rỗ mạnh hơn.

Phân tích công cụ quy cho hành vi này là loại bỏ các vùng bị phá hủy crom ở ranh giới hạt.

Trong điều chỉnh các mẫu được xử lý, crom vẫn được phân phối đồng đều, củng cố bộ phim thụ động chống lại cuộc tấn công clorua.

Tối ưu hóa thời gian và nhiệt độ.

Các nhà nghiên cứu cũng điều tra xem các thông số điều chỉnh khác nhau ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô như thế nào:

• Giữ lâu hơn (lên đến 4 h) thêm các máy tiện martensitic nhưng cao nguyên trong độ bền xa hơn 3 h.
• Nhiệt độ điều chỉnh cao hơn (lên đến 820 °C) tăng cường độ bền kéo cuối cùng bằng 5 trận8 % nhưng giảm độ giãn dài 2 trận4 %.
• Sau khi lão hóa điều kiện ở nhiệt độ cao hơn (ví dụ., H1025, 525 °C) làm mềm ma ​​trận và phục hồi độ dẻo mà không phải hy sinh khả năng chống ăn mòn.

7. Sự tiến hóa vi cấu trúc

Trong quá trình lão hóa, cấu trúc vi mô biến đổi đáng kể:

• -và kết tủa: Hình cầu, 5–20nm có đường kính; Họ tăng cường sức mạnh năng suất lên đến 400 MPa.
• NI ₃the và cr₇c₃ cacbua: Cục bộ tại ranh giới hạt, Các hạt này ổn định cấu trúc vi mô và chống lại sự thô.
• Trở lại Austenite: Điều chỉnh điều trị thúc đẩy ~ 5 % giữ lại austenite, giúp cải thiện độ bền gãy xương 15 %.

Các phân tích TEM xác nhận sự phân tán chẵn của ε - CU trong H900, Trong khi các mẫu H1150 thể hiện một phần thô, Căn chỉnh với giá trị độ cứng thấp hơn của chúng.

8. Tính chất cơ học & Hiệu suất của thép không gỉ 17-4ph

Hiệu suất cơ học của thép không gỉ 17-4PH là một trong những thuộc tính hấp dẫn nhất của nó.

Sự kết hợp độc đáo của nó của sức mạnh cao, độ dẻo dai tốt, và khả năng chống ăn mòn thỏa đáng, đạt được thông qua điều trị nhiệt có kiểm soát,

làm cho nó trở thành một vật liệu ưa thích trong các lĩnh vực đòi hỏi như hàng không vũ trụ, hóa dầu, và năng lượng hạt nhân.

Sức mạnh và độ cứng trong các điều kiện lão hóa

Sức mạnh cơ học của 17-4ph thay đổi đáng kể tùy thuộc vào điều kiện lão hóa, thường được chỉ định là H900, H1025, H1075, và H1150.

Những điều này đề cập đến nhiệt độ lão hóa tính theo độ Fahrenheit và ảnh hưởng đến loại, kích cỡ, và phân phối tăng cường kết tủa.

Độ bền và độ dẻo gãy

Độ bền gãy là một số liệu quan trọng đối với các thành phần cấu trúc tiếp xúc với tải động hoặc tác động. 17-4PH thể hiện mức độ dẻo dai khác nhau tùy thuộc vào tình trạng lão hóa.

• H900: ~ 60 trận70 mpa√m
• H1150: ~ 90 bóng110 MPa√m

Chống mỏi

Trong các ứng dụng tải theo chu kỳ như cấu trúc máy bay hoặc các thành phần tuabin, Kháng mệt mỏi là điều cần thiết. 17-4PH thể hiện hiệu suất mệt mỏi tuyệt vời do:

• Năng suất cao làm giảm biến dạng dẻo.
• Cấu trúc kết tủa tốt chống lại sự khởi đầu vết nứt.
• Ma trận Martensitic cung cấp một nền tảng mạnh mẽ.

Giới hạn mệt mỏi (H900):
~ 500 MPa trong vòng xoay uốn cong (môi trường không khí)

Hành vi vỡ và căng thẳng

Mặc dù thường không được sử dụng cho khả năng chống leo nhiệt độ cao, 17-4PH có thể chịu được tiếp xúc không liên tục 315 °C (600 ° F).

Ngoài điều này, Sức mạnh bắt đầu suy giảm do sự kết tủa và lão hóa quá mức.

• Creep Sức mạnh: vừa phải tại < 315 °C
• Căng thẳng cuộc sống: nhạy cảm với điều trị lão hóa và nhiệt độ hoạt động

Độ cứng của mặc và bề mặt

17-4PH cho thấy khả năng chống mài mòn tốt trong điều kiện H900 do độ cứng cao và cấu trúc vi mô ổn định.

Trong các ứng dụng liên quan đến hao mòn bề mặt hoặc tiếp xúc trượt (ví dụ., ghế van, trục), Các phương pháp điều trị cứng bề mặt bổ sung như lớp phủ Nitriding hoặc PVD có thể được áp dụng.

9. Chống ăn mòn & Cân nhắc về môi trường

Sau khi xử lý nhiệt, Các bộ phận trải qua thụ động axit (ví dụ., 20 % H₂so₄ + Cro₃) để tạo thành một lớp CR₂O₃ ổn định. Do đó:

• Kháng chiến: Mẫu H1150 chống lại rỗ vào 0.5 M NaCl lên đến 25 °C; H900 chống lại 0.4 M.
• Tính nhạy cảm của SCC: Cả hai điều kiện đều đáp ứng các tiêu chuẩn NACE TM0177 cho dịch vụ chua khi bị thụ động chính xác.

Hơn thế nữa, Chu kỳ làm sạch siêu âm cuối cùng làm giảm các vùi bề mặt bằng cách 90 %, Tăng cường hơn nữa độ bền dài hạn trong các phương tiện truyền thông tích cực.

10. Ứng dụng công nghiệp bằng thép không gỉ 17‑4PH

Công nghiệp hàng không vũ trụ

• Các thành phần thiết bị hạ cánh
• Agener và phụ kiện
• Dấu ngoặc và trục động cơ
• Bộ truyền động

Các ứng dụng hóa dầu và ngoài khơi

• Trục bơm
• Thân và ghế
• Tàu áp lực và mặt bích
• Khớp nối và ống lót

Phát điện

• Lưỡi dao và đĩa tuabin
• Kiểm soát cơ chế que
• Thắt ốc và cấu trúc hỗ trợ

Thiết bị y tế và nha khoa

• Dụng cụ phẫu thuật
• Công cụ chỉnh hình
• Cấy ghép răng miệng

Chế biến thực phẩm và thiết bị hóa học

• Các thành phần băng tải
• Bộ trao đổi nhiệt
• Khuôn có độ bền cao và chết
• Vòng bi chống rửa trôi

Sản xuất phụ gia (LÀ) và in 3D

• Khung hàng không vũ trụ phức tạp
• Chèn công cụ tùy chỉnh
• Khuôn làm mát phù hợp

11. Phần kết luận

17‑4ph nhiệt - xử lý Quy trình cung cấp một loạt các thuộc tính phù hợp bằng cách thao tác giải pháp ableal, điều chỉnh, và các thông số lão hóa.

Bằng cách áp dụng các thực tiễn tốt nhất, như vậy, như ± 5 ° C điều khiển lò, thời gian chính xác, và sự thụ động thích hợp của người dân - người có thể đạt được sự kết hợp sức mạnh cần thiết, sự dẻo dai, và khả năng chống ăn mòn.

CÁI NÀY là lựa chọn hoàn hảo cho nhu cầu sản xuất của bạn nếu bạn cần chất lượng cao 17--4PH thép không gỉ các bộ phận.

Liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay!