17-4PH нержавеющая сталь (ASTM) является мартенситным типом осадочного отверждения, эквивалентным национальному стандарту 05Cr17Ni4Cu4Nb.Этот тип нержавеющей стали имеет низкое содержание углерода и высокое содержание Ни и CrКроме того, сталь содержит высокий уровень сплавных элементов, таких как Cu и Nb. Эти элементы осаждают ε-Cu, NbC,и M23C6 фазы во время термической обработкиИз-за этих преимуществ мартенситно-осадочно-закаливающая нержавеющая сталь 17-4PH широко используется в авиации, аэрокосмической промышленности, химической промышленности,и атомной промышленностиМеханические 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 обработка старения.. путем корректировки микроструктуры и контроля осаждения фаз, прочность, твердость и коррозионная стойкость могут быть улучшены.Исследования по термической обработке 17-4PH нержавеющей стали достигли высокого уровня зрелости.В данной статье обобщены и кратко обсуждены характеристики и механизмы различных термических процессов.

1Тепловая обработка нержавеющей стали 17-4PH

После обработки раствором матричная структура в основном является мартенситной, и ее прочность была очень высокой.На основе растворовой обработки можно проводить различные процедуры старения, чтобы улучшить прочность материала и удовлетворить потребности различных методов производства..

Химический состав нержавеющей стали 17-4PH (в массовой доле,%) следующий: ≤ 0,07% углерода (C), ≤ 1,0% 00Mn,≤ 1,00Si, ≤ 0,023% фосфора (P), ≤ 0,03% серы (S), 15,50-17,50% хрома (Cr), 30,00 - 5,00% никеля (Ni), 3,00 - 5,00% меди (Cu) и 0,15 - 0,45% ниобия (Nb).из алюминия и титанаЭти элементы используются для достижения процесса укрепления, используя их растворимость.более высокая растворимость этих укрепляющих элементов в аустените и более низкая растворимость в мартенците приводит к образованию сверхнасыщенной мартенцитовой структуры с медью и ниобиемМартензит обладает высокой прочностью и жесткостью, обеспечивая определенный уровень укрепления.дальнейшее повышение прочности материалаТаким образом, различные требования к производительности могут быть удовлетворены с помощью различных процессов тепловой обработки.

1. Обработка твердым раствором Обработка твердым раствором является важным процессом тепловой обработки для стали 17-4PH.Температура нагрева должна обеспечивать полное растворение углеродных и сплавных элементов в аустените.Для стали 17-4PH Ac1 составляет приблизительно 670°C, Ac3 - приблизительно 740°C, Ms - от 80 до 140°C, а Mf - приблизительно 32°C.Стандарт рекомендует температуру обработки твердого раствора от 1020 до 1060°CРазличные температуры твердого раствора приводят к разным микроструктурам и свойствам.и другие изучали 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 образцы имели самую высокую твердость.аустенит, образованный при нагревании, неравномерен, а растворенные карбиды сплавов минимальны, что приводит к снижению твердости мартенсита после охлаждения.и больше карбидов сплавов растворяются в аустенитеВ результате количество мартенсита после охлаждения уменьшается, количество остаточного аустенита увеличивается,и твердость уменьшается.Кроме того, чрезмерно высокие температуры нагрева могут привести к более высокому содержанию феррита в структуре твердого раствора, что влияет на конечный эффект укрепления.необходимо выбрать подходящую температуру обработки твердого раствора для обеспечения желаемых свойствИз-за наличия хрома и никеля в стали 17-4PH при воздушном охлаждении может образовываться мартензит.и улучшенная пластичность и прочностьМикроструктура после обработки раствором состоит из низкоуглеродных баинитных плит, содержащих сверхнасыщенную медь и ниобий.из-за недостаточного охлаждения или чрезмерно высокой температуры нагрева, может остаться небольшое количество остатков аустенита и феррита.

Сталь 17-4PH должна подвергаться термической обработке в соответствии с требуемой производительностью, а температура нагрева и время хранения должны быть определены соответственно.Исследования показали, что после обработки раствором при 1040°CПри температуре 450°C начинают формироваться осаждения меди и ниобия.осаждения мелкие и широко распределены внутри зеренПо мере того как температура старения продолжает расти, твердость и прочность уменьшаются, в то время как пластичность и прочность увеличиваются.Поскольку изменения в твердости и прочности следуют аналогичным шаблонам, для деталей с особыми требованиями к твердости и прочности, температура старения должна строго контролироваться для удовлетворения требований к использованию.Изменения в прочности и пластичности во время процесса старения 17-4PH стали аналогичны изменениям в 0Cr15Ni5Cu2TiC осадочно-закармливающей нержавеющей сталиHou Kai et al. исследовали устойчивость 17-4PH в условиях повышенного возраста и обнаружили, что по мере повышения температуры старенияустойчивость к ударам постепенно улучшаетсяЧтобы обеспечить полное образование осаждений и эффективное старение, время хранения при температуре старения, как правило, должно быть 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 изменениями со временем.Очевидно, что по мере увеличения времени храненияНа ранней стадии обработки старения повышение твердости происходит относительно медленно; после 6000 часов старения повышение твердости ускоряется;около 9000 часов старения, твердость достигает своего пика; после этого момента, поскольку время старения продолжает увеличиваться, 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 прочность и прочность на растяжение увеличиваются с увеличением времени старения, в то время как уменьшение площади и удлинение уменьшаются;переходы поверхности перелома от тонких к грубым ямным конструкциямИсследование также показало, что после длительного старения микроструктура стали 17-4PH изменяется, с спинодальным разложением, начинающимся на границах зерна.и осаждённые частицы ε-Cu постепенно растутПо мере продления времени старения спинодальное разложение постепенно перемещается от границ зерна к зернам.и большое количество ориентированных тонких G фаз оседают в матрицеПоведение хрупкости стали 17-4PH при длительном старении при температуре 350°C было изучено с использованием метода осциллографического воздействия.Испытание осциллографического удара дает различную временную информацию об энерго-временном, время нагрузки и время отклонения процесса деформации и перелома при переломе образца при ударе,который необходим для понимания деформации и поведения материалов при динамических условиях нагрузкиРезультаты показывают, что работа по инициированию трещин (Ei), работа по распространению трещин (Ep),общая ударная работа (Et) и динамическая прочность на переломе (KId) стали 17-4PH уменьшаются с увеличением времени длительного старения при 350 °C

Традиционная термическая обработка нержавеющей стали 17-4PH включает раствор и старение.Недавние исследования показали, что проведение корректировочной обработки до старения может значительно изменить механические и коррозионные свойства материалаЦелью этой корректировочной обработки является корректировка точек преобразования Ms и Mf стали, поэтому она также известна как фазовая обработка преобразования.После добавления корректировочной обработки, устойчивость материала к ударам более чем удваивается при одном и том же растворе и температуре старения, а его коррозионная стойкость также значительно повышается.Ян Шивэй и его коллеги использовали такие методы, как химическое погружение, кривые поляризации, кривые циклической поляризации,и электрохимический импеданс для изучения коррозионной стойкости стали 17-4PH в искусственной морской воде в условиях раствора старения и раствора + регулировки + старенияИсследование показало, что после того, как 17-4PH нержавеющая сталь подвергается корректировочной обработке с последующим старением, потенциал самокоррозии и потенциал отверстий увеличивается.в то время как ежегодный уровень коррозии уменьшается, что значительно улучшает его коррозионную стойкость морской воды по сравнению с образцами, созревшими непосредственно.которые имеют решающее значение для поддержания хорошей коррозионной стойкостиКроме того, структура мартенсита становится более тонкой, повышая однородность микроструктуры материала.На рисунке показаны микроструктуры после выращивания раствором и раствора + коррекции + выращивания

2Можно заметить, что микроструктура после корректировочной обработки имеет более четкие границы зерна, равномерно тонкие мартенцитовые пластины и четкую ориентацию.микроструктура после только раствор старения показывает грубые мартенцитовые пластины и большое количество белых осадков на границах зернаПосле корректировочной обработки мартенситная структура "генетически" наследует характеристики миниатюризации в корректированном состоянии.и зерна, в основном состоящие из мартенсита и остаточного аустенита, в ней инкапсулированыЭтот вид структуры связан с производством более обратного преобразования аустенита в стали.

Многие исследователи также изучали последствия корректировки времени и температуры обработки.Исследования показали, что, хотя корректировки времени и температуры имели ограниченное влияние на микроструктуру материалаПо мере увеличения времени настройки структура мартенсита становилась более тонкой и равномерной.но его пластичность и прочность уменьшилисьПосле обработки на 816°C, по мере повышения температуры старения, прочность материала постепенно уменьшалась, в то время как его пластичность и прочность постепенно увеличивались.

Механизм укрепления для тепловой обработки из нержавеющей стали 217-4PH.

Во время обработки 17-4PH мартенситной нержавеющей стали твердым раствором медь и ниобий растворяются в зернах аустенита.этот процесс приводит к сверхнасыщенному мартенциту, содержащему медь и ниобийВо время процесса старения сверхнасыщенные элементы осаждаются из зерен, что приводит к второму укреплению матрицы.Это основной механизм укрепления для 17-4PH стали.

Различные термические процессы обработки могут производить различные микроструктуры и свойства, но механизм укрепления одинаков: он связан с осаждением осадков.Распределение осаждений, таких как ε-CuВ сплавах, закаленных осаждением, прочность выработки определяется влиянием фаз укрепления на вывихы.Когда частицы фазы укрепления чрезвычайно тонкие и рассеянные, они образуют плотный слой, который блокирует линии дислокации, не позволяя им проходить через эти частицы, тем самым увеличивая прочность сплава и в конечном итоге вызывая ломкость.И наоборот., когда частицы фазы укрепления больше и менее плотно распределены, вывих может обойти эти частицы в соответствии с механизмом Owrrone,предотвращение блокировки линий дислокации и снижение прочности сплаваВот почему в стальной 17-4PH, когда есть много зерен аустенита обратного преобразования,частицы ε-Cu в аустените обратного преобразования более тонкие и более слабо распределенные, чем в мартензите, обеспечивая небольшое или никакое препятствие для вывихов, что снижает прочность сплава.которые являются очень тонкими частицами, которые становятся ядром обратного преобразования аустенита во время закаливанияПоэтому чем больше остатков аустенита в сплаве, тем больше обратного преобразования аустенита генерируется во время старения.когда содержание элементов, способствующих образованию мартенсита (например, С) в сплаве уменьшается, в то время как содержание элементов, которые стабилизируют аустенит (например, Н) слишком высоко, после охлаждения будет образовываться больше остаточного аустенита и после закаливания будет образовываться более обратное преобразование аустенита,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 разработать разумный процесс 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 исследования по его морфологии увеличились.Особенно на Харбинской турбинной фабрике.Обычно считалось, что "во всех случаях ε-Cu является сферическим".Харбинский турбинный завод обнаружил, что ε-Cu фазы, осажденные из мартенситовой матрицы, являются гладкими короткими стержнями, в то время как осажденные из аустенита (австенита обратного преобразования) являются сферическими.и их интерфейсная энергия очень низкая, что приводит к сферическим фазам ε-Cu. В противоположность этому, мартензит имеет кубическую решётку с центром тела, которая значительно отличается от кубической решётки с центром лица в фазах ε-Cu,приводит к высокой энергии интерфейса и стержнеобразным фазам ε-CuЧжан Хонгбин и др. также изучали морфологию ε-Cu фаз в стали 17-4PH и обнаружили, что ε-Cu фазы, выпавшие из мартенситовой матрицы, почти сферические.