Znanje - Sanxin

Nehrđajući čelik 17-4PH (ASTM) je martenzitni nehrđajući čelik s precipitacijskim očvršćavanjem, ekvivalentan nacionalnom standardu 05Cr17Ni4Cu4Nb. Ova vrsta nehrđajućeg čelika ima nizak udio ugljika, visok udio Ni i Cr, dobru zavarljivost i izvrsnu otpornost na koroziju. Istovremeno, sadržaj legirajućih elemenata poput Cu i Nb u ovom čeliku je također relativno visok. Ovi legirajući elementi mogu se taložiti i starenjem otvrdnuti faze kao što su ε-Cu, NbC i M23C6 tijekom toplinske obrade, dajući materijalu visoku čvrstoću i tvrdoću. Zbog tih prednosti, martenzitni nehrđajući čelik 17-4PH s precipitacijskim kaljenjem široko se koristi u zrakoplovnoj, kemijskoj i nuklearnoj industriji, između ostalog. Mehanička svojstva nehrđajućeg čelika s precipitacijskim kaljenjem značajno su povezana sa stanjem toplinske obrade. Konvencionalni postupak toplinske obrade za martenzitni nehrđajući čelik 17-4PH s precipitacijskim kaljenjem je obrada otopinom + obrada starenjem, što poboljšava čvrstoću, tvrdoću i otpornost na koroziju podešavanjem mikrostrukture i kontrolom precipitiranih faza. Trenutno su istraživanja postupka toplinske obrade nehrđajućeg čelika 17-4PH prilično zrela. Ovaj članak sažima i ukratko opisuje njegove performanse i mehanizam pod različitim postupcima toplinske obrade. ​​​​​​​

 

Toplinska obrada nehrđajućeg čelika 17-4PH

Početna točka transformacije martenzita nehrđajućeg čelika 17-4PH je iznad sobne temperature. Nakon obrade otopinom, matrična struktura je u osnovi martenzitna, a njezina čvrstoća je već vrlo visoka. Različiti tretmani starenja temeljeni na obradi otopinom mogu povećati čvrstoću materijala kako bi se zadovoljile različite proizvodne potrebe.

Kemijski sastav nehrđajućeg čelika 17-4PH (maseni udio, %) je: ≤0.07C, ≤1.00 min, ≤1.00 Si, ≤0.023P, ≤0.03S, 15.50 - 17.50Cr, 3.00 - 5.00Ni, 3.00 - 5.00Cu, 0.15 - 0.45Nb. Glavni elementi za taložno očvršćavanje su bakar i niobij, a neki su aluminij, titan itd. Proces ojačanja postiže se korištenjem topljivosti ovih elemenata. Kada se nehrđajući čelik 17-4PH zagrije na temperaturu austenita, zbog velike topljivosti ovih elemenata za ojačanje u austenitu i male topljivosti u martenzitu, kada se ohladi na temperaturu martenzita, dobiva se prezasićena struktura martenzita bakra i niobija. Sam martenzit ima visoku čvrstoću i žilavost, čime se postiže određeni stupanj ojačanja. Nakon obrade starenjem, prezasićeni bakar, niobij i drugi elementi otopljeni u matričnoj strukturi talože se, dodatno jačajući materijal. Stoga se različitim procesima toplinske obrade mogu zadovoljiti različiti zahtjevi performansi.

 

1.1 Liječenje otopinom:

Obrada otopinom je neizostavan proces toplinske obrade za čelik 17-4PH. Tijekom obrade otopinom, temperatura zagrijavanja treba osigurati da se ugljik i legirani elementi u čeliku potpuno otope u austenitu, ali ne smije biti previsoka. Ac1 čelika 17-4PH je približno 670°C, Ac3 je oko 740°C, Ms je 80-140°C, a Mf je približno 32°C. Stoga je preporučena temperatura obrade otopinom u standardu 1020-1060°C. Različite temperature obrade otopinom rezultiraju različitim konačnim mikrostrukturama i svojstvima. Zhao Liping, Du Daming i suradnici proučavali su mikrostrukturu i svojstva čelika 17-4PH pri različitim temperaturama obrade otopinom, odabravši 1000°C, 1040°C i 1080°C. Istraživanje je pokazalo da je tvrdoća uzorka bila najveća nakon obrade otopinom na 1040°C. To je zato što kada je temperatura obrade otopinom niska, austenit dobiven nakon zagrijavanja nije ujednačen, a otopljenih karbida legure je također malo, što rezultira nižom tvrdoćom martenzita nakon kaljenja; kada je temperatura obrade otopinom visoka, s jedne strane, zrna su gruba, a s druge strane, previše karbida legure se otapa u austenitu, povećavajući stabilnost austenita i snižavajući točku transformacije martenzita. Stoga se količina martenzita smanjuje, a količina zaostalog austenita povećava nakon kaljenja, smanjujući tvrdoću. Istovremeno, pretjerano visoke temperature zagrijavanja mogu uzrokovati i postojanje relativno velike količine ferita u mikrostrukturi obrađenoj otopinom, što utječe na konačni učinak ojačanja. Stoga se temperatura obrade otopinom mora razumno odabrati kako bi se osigurala potrebna svojstva. Budući da čelik 17-4PH sadrži elemente poput kroma i nikla, martenzit se može dobiti hlađenjem zrakom. Međutim, kako bi se postigla finija mikrostruktura nakon obrade otopinom, postigli bolji učinci ojačanja te poboljšala plastičnost i žilavost, u stvarnoj proizvodnji često se koristi hlađenje uljem. Mikrostruktura nakon obrade otopinom je niskougljični letvičasti martenzit koji sadrži prezasićeni bakar i niobij. Ponekad, zbog nedovoljnog kaljenja ili pretjerano visokih temperatura zagrijavanja, može postojati mala količina zaostalog austenita i ferita.

 

1.2 Liječenje starenja: 

Tretman starenja čelika 17-4PH treba odrediti na temelju zahtjeva za performansama, uključujući temperaturu zagrijavanja i vrijeme zadržavanja. Istraživanja pokazuju da nakon obrade otopinom na 1040°C, martenzitna struktura čelika 17-4PH podvrgava se popuštanju i kontinuirano se taloži kako temperatura starenja raste. Na 450°C, bakar, niobij i drugi talozi su već formirani. Kada temperatura starenja dosegne 470-480°C, intragranularni talozi su fini i ravnomjerno raspoređeni, a tvrdoća materijala je na vrhuncu. Kako temperatura starenja dalje raste, tvrdoća i čvrstoća se smanjuju, dok se duktilnost i žilavost poboljšavaju. Zbog sličnih obrazaca varijacije tvrdoće i čvrstoće, za dijelove s jasnim zahtjevima za tvrdoću i čvrstoću, temperatura starenja treba se strogo kontrolirati kako bi se zadovoljili zahtjevi primjene. Obrasci varijacije čvrstoće i duktilnosti tijekom procesa starenja čelika 17-4PH slični su onima kod nehrđajućeg čelika 0Cr15Ni5Cu2TiC koji se kaljuje taloženjem. Starenje čelika 17-4PH na temperaturama iznad 510°C se smatra prekomjernim starenjem. Hou Kai i suradnici proučavali su udarnu žilavost čelika 17-4PH tijekom prekomjernog starenja. Istraživanje je pokazalo da se s porastom temperature starenja udarna žilavost materijala postupno poboljšava. Kako bi se osiguralo potpuno taloženje taloga i učinak starenja, vrijeme zadržavanja na temperaturi starenja općenito je najmanje 4 sata, a nakon zadržavanja može se koristiti hlađenje zrakom. Pri istoj temperaturi starenja, različita vremena zadržavanja pri starenju rezultiraju različitim konačnim svojstvima. Slika 1 prikazuje krivulju promjene tvrdoće s vremenom starenja za čelik 17-4PH na temperaturi starenja od 350°C. Može se vidjeti da se s povećanjem vremena zadržavanja tvrdoća uzorka kontinuirano povećava. U ranoj fazi starenja tvrdoća uzorka raste relativno sporo; nakon starenja od 6000 sati tvrdoća uzorka se brzo povećava; oko 9000 sati starenja tvrdoća uzorka doseže svoju maksimalnu vrijednost; nakon toga, kako se vrijeme starenja nastavlja povećavati, tvrdoća počinje brzo padati. Peng Yanhua i suradnici proveli su detaljnu studiju o odnosu između dugotrajnog starenja i vlačnih svojstava čelika 17-4PH. Rezultati su pokazali da se nakon dugotrajnog starenja na 350°C, kako se vrijeme starenja povećava, granica razvlačenja i vlačna čvrstoća se povećavaju, dok se smanjenje površine i izduženja smanjuje; površina prijeloma mijenja se od finih udubljenja do grubih udubljenja. Studija je također otkrila da se nakon dugotrajnog starenja mikrostruktura čelika 17-4PH mijenja, spinodalna dekompozicija počinje na granicama zrna, istaloženi εČestice bakra (Cu) postupno rastu i stvara se mala količina austenita s obrnutom transformacijom. Kako se vrijeme starenja povećava, spinodalna dekompozicija postupno se pomiče s granica zrna prema unutrašnjosti zrna, a veliki broj finih, orijentiranih G faza taloži se u matrici, dok struktura matrice ostaje kao letvičasti martenzit. Wang Jun i suradnici koristili su metodu osciloskopskog udara za proučavanje ponašanja krhkosti čelika 17-4PH tijekom dugotrajnog starenja na 350°C. Osciloskopsko ispitivanje udarom može pružiti različite prijelazne informacije kao što su energija-vrijeme, vrijeme opterećenja i vrijeme otklona tijekom procesa udarnog loma uzorka, pružajući uvjete za dublje razumijevanje ponašanja deformacije i loma materijala pod dinamičkim opterećenjem. Istraživanje je pokazalo da tijekom dugotrajnog starenja na 350°C, energija nastanka pukotine (Ei), energija širenja pukotine (Ep), ukupna energija udara (Et) i dinamička žilavost loma (KId) čelika 17-4PH smanjuju se s povećanjem vremena starenja. To ukazuje na to da se nakon dugotrajnog starenja žilavost materijala smanjuje i dolazi do krhkosti.

 

1.3. Postupak prilagodbe:

Konvencionalna toplinska obrada nehrđajućeg čelika 17-4PH je obrada otopinom nakon koje slijedi starenje. Nedavna istraživanja su otkrila da ako se obrada prilagodbe provede prije starenja, mehanička svojstva i otpornost materijala na koroziju značajno će se promijeniti. Svrha obrade prilagodbe je podešavanje točaka martenzitne transformacije Ms i Mf čelika, pa se naziva i obrada fazne transformacije. Nakon dodavanja obrade prilagodbe, za iste temperature otopine i starenja, udarna žilavost materijala će se povećati za više od dva puta, a otpornost na koroziju će se također značajno poboljšati. Yang Shiwei i suradnici proučavali su otpornost na koroziju čelika 17-4PH u umjetnoj morskoj vodi u stanju izravnog starenja nakon obrade otopinom i u stanju otopina + prilagodba + starenje pomoću kemijskog uranjanja, polarizacijskih krivulja, cikličkih polarizacijskih krivulja i elektrokemijske impedancije. Istraživanje pokazuje da se nakon obrade prilagodbe potencijal samokorozije i potencijal korozije nehrđajućeg čelika 17-4PH povećavaju, a godišnja brzina korozije se smanjuje. Otpornost na koroziju u morskoj vodi daleko je superiornija u odnosu na uzorke izravnog starenja. Razlog je taj što se nakon obrade prilagodbe, a zatim starenja, može učinkovito izbjeći stvaranje zona osiromašenih kromom, a krom je ključ za osiguravanje dobre otpornosti metala na koroziju. Istodobno, martenzitna struktura postaje fina, a ujednačenost mikrostrukture materijala se poboljšava. Mikrostrukture nakon izravnog starenja nakon obrade otopinom i nakon obrade otopinom + prilagodbe + starenja prikazane su na slici 2. Može se vidjeti da mikrostruktura nakon obrade prilagodbe ima jasniju konturu zrna, fine i ujednačene martenzitne letvice te jasan odnos orijentacije. Mikrostruktura nakon izravnog starenja nakon obrade otopinom ima grube martenzitne letvice, a velika količina bijelih istaloženih faza raspoređena je duž granica zrna. Struktura martenzita nakon obrade prilagodbe, a zatim starenja "nasljeđuje" fine karakteristike stanja obrade prilagodbe, a granice zrna su međusobno povezane u mrežu, zatvarajući zrna koja se uglavnom sastoje od martenzita i zaostalog austenita. Ova mikrostruktura povezana je s stvaranjem više austenita obrnute transformacije u čeliku.

 

Mnogi istraživači su također proučavali vrijeme i temperaturu obrade prilagodbe. Istraživanje je pokazalo da vrijeme prilagodbe i temperatura prilagodbe nemaju značajan utjecaj na morfologiju mikrostrukture materijala. Međutim, kako se vrijeme prilagodbe povećava, struktura martenzita postaje finija i ujednačenija; kako temperatura obrade prilagodbe raste, čvrstoća materijala postupno se povećava, dok se njegova plastičnost i žilavost postupno smanjuju; nakon obrade prilagodbe na 816 ℃Kako temperatura starenja raste, čvrstoća materijala postupno opada, dok se njegova plastičnost i žilavost postupno povećavaju.

 

Vigor ima bogato iskustvo u proizvodnji 17-4PH i naknadnoj obradi. Ako imate bilo kakvih pitanja, potražnje, potrebe za razvojem novih dijelova od nodularnog lijevanog željeza ili poboljšanjem vašeg lanca opskrbe, slobodno nas kontaktirajte. at info@castings-forging.com