Нержавеющая сталь 17-4PH (ASTM) представляет собой мартенситную нержавеющую сталь с осадочным отверждением, эквивалентную национальному стандарту 05Cr17Ni4Cu4Nb.Этот тип нержавеющей стали имеет низкое содержание углерода и высокое содержание Ни и CrКроме того, сталь содержит более высокие уровни легирующих элементов, таких как Cu и Nb.Эти сплавные элементы могут ускорить старые фазы отверждения, такие как ε-CuВ связи с этими преимуществами, 17-4PH мартенситно-осадочно-закаленная нержавеющая сталь широко используется в авиации,аэрокосмическая промышленностьМеханические свойства осадочно-закаленной нержавеющей стали значительно зависят от состояния ее термической обработки.Традиционный процесс тепловой обработки мартенситной осадочно-закаленной нержавеющей стали 17-4PH включает обработку раствором, за которой следует старение., который улучшает прочность, твердость и коррозионную стойкость путем регулирования микроструктуры и контроля осаждения фаз.Исследования процессов тепловой обработки для 17-4PH нержавеющей стали достаточно зрелыеВ данной статье обобщены и кратко описаны характеристики и механизмы различных термических процессов.

Тепловая обработка нержавеющей стали 17-4PH

Точка преобразования мартенсита в нержавеющей стали 17-4PH находится выше комнатной температуры.и его сила была очень высокойРазличная обработка старения на основе обработки раствором может улучшить прочность материала и удовлетворить потребности различных методов производства.

Химический состав (по массовой доле,%) нержавеющей стали 17-4PH составляет: ≤0,07C, ≤1,00Mn,≤1,00Si, ≤0,023P, ≤0,03S,15.50 ~ 17.50Cr, 3.00 ~ 5.00Ni, 3.00 ~ 5.00Cu, 0.15 ~ 0.45Nb. Основными осадочными отвердителями являются медь и ниобий, некоторые из которых также включают алюминий и титан.Процесс укрепления достигается с использованием растворимости этих элементов.Когда 17-4PH нержавеющая сталь нагревается до температуры аустенита, из-за их более высокой растворимости в аустените и более низкой растворимости в мартензите,при охлаждении до температуры мартенсита образует сверхнасыщенную мартенситовую структуру с медью и ниобиемСам мартензит обладает высокой прочностью и выносливостью, что позволяет достичь определенной степени укрепления.Сверхнасыщенные медь и ниобий, растворенные в матрице, осаждаютсяТаким образом, для удовлетворения различных требований к производительности могут быть использованы различные термические процессы.

1. Обработка твердым раствором Обработка твердым раствором является важным процессом тепловой обработки для стали 17-4PH.Температура нагрева должна обеспечивать полное растворение углерода и легирующих элементов в стали в аустенит.Ac1 17-4PH сталь примерно 670°C, Ac3 примерно 740°C, Ms примерно 80-140°C и Mf примерно 32°C.стандарт рекомендует температуру обработки твердого раствора 1020-1060°CРазличные температуры твердого раствора приводят к различным микроструктурам и свойствам.Исследовали микроструктуру и свойства стали 17-4PH при различных температурах твердого раствора, выбирая температуру обработки 1000,1040, и 1080°C. Исследование показало, что после обработки твердым раствором при 1040°C твердость образца была самой высокой.аустенит, полученный при нагревании, неравномерен, а растворенные карбиды сплавов минимальны, что приводит к снижению твердости мартенсита после охлаждения; с одной стороны, когда температура твердого раствора высока, зерна становятся более грубыми,и с другой стороны, слишком много карбидов сплавов растворяются в аустените, увеличивая стабильность аустенита и снижая точку преобразования мартенсита.количество мартенсита уменьшается после гашенияКроме того, чрезмерно высокие температуры нагрева могут ввести более высокое содержание феррита в структуре твердого раствора.влияющие на конечный эффект укрепленияПоэтому необходимо выбрать подходящую температуру твердого раствора, чтобы обеспечить желаемые свойства.может образовывать мартензит при воздушном охлажденииОднако для достижения более тонкого твердого раствора после закаливания и лучших усилительных эффектов, а также улучшенной пластичности и прочности обычно используется охлаждение маслом в фактическом производстве.Микроструктура после обработки раствором состоит из низкоуглеродных банитических плит, содержащих сверхнасыщенную медь и ниобий.Иногда из-за недостаточного охлаждения или чрезмерно высокой температуры нагрева может остаться небольшое количество остатков аустенита и феррита.

1Обработка 17-4PH сталь: Обработка 17-4PH сталь должна быть определена на основе требуемой производительности, указание температуры нагрева и времени хранения.Исследования показали, что после обработки раствором при 1040°CПо мере повышения температуры старения мартенситовые структуры подвергаются закаливанию, и непрерывно образуются осаждения.осаждения мелкие и равномерно распределены внутри зеренПо мере того, как температура старения продолжает расти, твердость и прочность уменьшаются, а пластичность и прочность увеличиваются.Поскольку изменения в твердости и прочности следуют аналогичным шаблонамДля деталей с особыми требованиями к твердости и прочности следует строго контролировать температуру старения для удовлетворения требований к использованию.Отношение между прочностью и пластичностью в процессе старения стали 17-4PH аналогично отношению 0°Cr15Ni5Cu2TiC осадочно-закаленной нержавеющей сталиХоу Кай и др. изучали устойчивость 17-4PH в условиях повышенного возраста и обнаружили, что по мере повышения температуры старенияустойчивость к ударам постепенно улучшаетсяДля обеспечения адекватного осаждения осадков и эффективного старения время хранения при температуре старения обычно составляет не менее 4 часов, после чего следует охлаждение воздухом.При той же температуре старенияНа рисунке 1 показана кривая твердости стали 17-4PH при температуре старения 350°C с течением времени.Можно заметить, что по мере увеличения времени храненияНа ранней стадии обработки пробы увеличение твердости пробы происходит относительно медленно; после 6000 ч.твердость образцов повышается быстрееОколо 9000 часов твердость достигает своего максимального значения; после этого, с увеличением времени старения, твердость начинает быстро снижаться.провел подробное исследование относительно связи между длительным старением и свойствами растяжения 17-4PH сталиРезультаты показывают, что после длительного старения при температуре 350°C, по мере увеличения времени старения, прочность и прочность на растяжение увеличиваются, в то время как скорость уменьшения и удлинения уменьшается;поверхность перелома меняется от тонких дюктильных ям к грубым дюктильным ямамИсследование также показало, что после длительного старения микроструктура стали 17-4PH изменяется, с спинодальным разложением, начинающимся на границах зерна.и осаждённые частицы ε-Cu постепенно увеличиваютсяПо мере продления времени старения спинодальный разложение постепенно перемещается от границ зерна к внутри зерна,с большим количеством ориентированных тонких G-фаз, осажденных в матрицеWang Jun et al. использовали метод осциллографического воздействия для изучения поведения хрупкости стали 17-4PH при длительном старении при 350 °C.Осциллографическое испытание удара может предоставить различную временную информацию в течение энергетического времени., время нагрузки и время отклонения стадий ударного перелома образца, предлагая представление о деформации и поведении перелома материалов в условиях динамической нагрузки.Результаты показывают, что энергия начала трещины (Ei), энергия распространения трещин (Ep), общая энергия удара (Et) и динамическая прочность на перелом (KId) стали 17-4PH снижаются с увеличением времени длительного старения при 350 °C

1.3 Регулирующая обработка Обычная термическая обработка нержавеющей стали 17-4PH - раствор + старение.Исследования показали, что проведение корректировочной обработки до старения может значительно изменить механические и коррозионные свойства материалаЦелью корректировочной обработки является корректировка точек трансформации мартенсита Ms и Mf стали, поэтому она также называется фазовой трансформационной обработкой.После добавления корректировочной обработки, для того же раствора и температуры старения, устойчивость к ударам материала увеличится более чем в один раз, а его коррозионная стойкость также значительно улучшится.Ян Шивэй и др.. используется химическое погружение, кривые поляризации, циклические кривые поляризации,и методы электрохимического импеданса для изучения коррозионной стойкости стали 17-4PH в искусственной морской воде в условиях прямого старения после раствора и раствора + регулировки + старенияИсследование показало, что после того, как нержавеющая сталь 17-4PH проходит корректировочную обработку с последующим старением, потенциал самокоррозии и потенциал коррозии в ямах увеличивается.в то время как ежегодный уровень коррозии уменьшаетсяПричина заключается в том, что после того, как сталь 17-4PH проходит корректирующую обработку, за которой следует старение,эффективно предотвращает образование районов с низким содержанием хромаКроме того, структура мартенсита становится более тонкой, улучшая однородность микроструктуры материала.Микроструктуры после раствора и непосредственного старения, а также раствор + коррекция + старение, показаны на рисунке 2. Можно увидеть, что микроструктура после коррекционной обработки имеет более четкие границы зерна, равномерно тонкие мартенцитовые пластины,и четкие отношения ориентацииНапротив, микроструктура после раствора и непосредственного старения имеет грубые мартенцитовые пластины с многочисленными белыми осадками, распределенными вдоль границ зерна.Мартенситная структура "наследует" характеристики тонкой корректировочной обработкиГраницы зерна соединены в сеть, и зерна, в основном состоящие из мартенсита и остаточного аустенита, в ней заложены.Этот вид микроструктуры связан с производством более обратного преобразования аустенита в стали.

Многие исследователи также изучали последствия корректировки времени и температуры лечения.Результаты исследований показывают, что корректировка времени и температуры не влияет значительно на морфологию микроструктуры материалаОднако с увеличением времени настройки мартенситная структура становится более тонкой и равномерной; с увеличением температуры обработки прочность материала постепенно возрастает,в то время как его пластичность и жесткость постепенно уменьшаются; после 816°C корректировочной обработки, по мере повышения температуры старения прочность материала постепенно уменьшается, в то время как его пластичность и прочность постепенно увеличиваются.

2.17-4PH механизм укрепления для тепловой обработки из нержавеющей стали

В процессе твердого раствора 17-4PH мартенситной нержавеющей стали элементы, такие как медь и ниобий, растворяются в зернах аустенита.образуется сверхнасыщенный мед и мартенцит ниобияЗатем, во время процесса старения, сверхнасыщенные элементы меди и ниобия осаждаются из зерен, что приводит к второму укреплению матрицы.Это также основной способ укрепления для 17-4PH стали.

Различные процессы тепловой обработки могут производить различные микроструктуры и свойства, но механизмы укрепления все одинаковые, что связано с осаждением осадков.Распределение осаждений, таких как ε-CuУстойчивость сплавов, отвержденных осадками, определяется влиянием фаз укрепления на вывих.Когда частицы фазы укрепления чрезвычайно тонкие и рассеянные с плотным распределением, линии вывих будут заблокированы и не смогут пройти через эти частицы, тем самым увеличивая прочность сплава и в конечном итоге вызывая ломкость.Когда частицы фазы укрепления больше и мало распределены, вывихы могут обойти эти частицы фазы укрепления в соответствии с механизмом Owrrone, предотвращая блокировку линии вывих и уменьшая прочность сплава.в стальной 17-4PH, когда в аустените с обратным преобразованием больше зерен, частицы ε-Cu в аустените с обратным преобразованием более тонкие и более слабо распределенные, чем в мартензите,обеспечивая небольшое или никакое препятствие для вывихКак правило, после охлаждения сталь 17-4PH будет иметь небольшое количество остаточного аустенита,который состоит из очень мелких частиц, которые становятся ядром обратного преобразования аустенита во время закаливанияПоэтому чем больше остатков аустенита в сплаве, тем больше обратного преобразования аустенита будет генерироваться во время старения.когда содержание элементов, способствующих образованию мартенсита (например, С) в сплаве уменьшается, в то время как содержание элементов, которые стабилизируют аустенит (например, N), слишком высоко, после гашения останется больше остатков аустенита,и более обратное преобразование аустенита будет формироваться после закаливания, тем самым уменьшая прочность сплава; в то же время, по мере повышения температуры старения, начинает формироваться и расти аустенит обратного преобразования,что приводит к увеличению количества остаточного аустенита при комнатной температуре и снижению прочностиСледовательно, для материалов с требованиями к прочностинеобходимо разумно разработать процессы тепловой обработки и строго контролировать количество аустенита с обратным преобразованием в микроструктуре. ε-Cu является основной фазой укрепления в стали 17-4PH. В последние годы было проведено больше исследований по его морфологии.В то время как отечественные исследования на Харбинской турбинной фабрике были более тщательнымиОбычно считалось, что "во всех случаях ε-Cu является сферическим". Однако исследования на Харбинской турбинной фабрике показали, что фазы ε-Cu, вытекающие из мартенситовой матрицы, являются гладкими короткими стержнями,тогда как осажденные из аустенита (австенита обратного преобразования) имеют сферическую форму.Это связано с тем, что как аустенитные, так и ε-Cu фазы имеют кубические решетки с лицевым центром, а их интерфейсная энергия очень низкая, поэтому осажденные ε-Cu фазы являются сферическими.имеет кубическую решётку с центром в теле, что значительно отличается от кубической решетки с лицевым центром э-Cu фаз, что приводит к высокой интерфейсной энергии, поэтому осажденные э-Cu фазы похожи на стержни.также изучал морфологию ε-Cu фаз в 17-4PH стали, и они нашли

Заключение 3

Нержавеющая сталь с керамическим отверждением сочетает в себе преимущества высокой прочности и отличной коррозионной стойкости.Его коррозионная стойкость зависит не только от его химического состава, но и от термической обработкиТемпература раствора обычно устанавливается на 1040°C; слишком высокие или слишком низкие температуры могут повлиять на его производительность.Лечение старения может улучшить его общие механические свойстваНа основе традиционных процессов добавление корректировочной обработки может усовершенствовать структуру мартенситовой матрицы, тем самым повышая коррозионную стойкость материала.

Исследования механизмов укрепления нержавеющей стали 17-4PH были проведены как на национальном, так и на международном уровнях, и принесли некоторые результаты.Как правило, считается, что эти механизмы связаны с осаждением ε-Cu, а прочность материала определяется состоянием арматуры относительно линий вывих. Однако анализ морфологии ε-Cu варьируется.Процессы тепловой обработки для 17-4PH стали достаточно зрелыми., что позволяет выбрать подходящие термические процессы обработки в фактическом производстве на основе конкретных условий применения для достижения желаемой производительности.