17-4PH roestvrij staal (ASTM) is van het type martensitisch neerslag, equivalent aan de nationale standaard 05CR17NI4CU4NB. Dit type roestvrij staal heeft een laag koolstofgehalte en een hoog NI- en CR-gehalte, waardoor het zeer lasbaar en corrosiebestendig is. Bovendien bevat het staal een hoog niveau van legeringselementen zoals Cu en NB. Deze elementen strekken e-Cu-, NBC- en M23C6-fasen tijdens de warmtebehandeling neer, waardoor de sterkte en hardheid van het materiaal wordt verbeterd. Vanwege deze voordelen wordt 17-4ph martensitische neerslaghardende roestvrij staal veel gebruikt in de luchtvaart-, ruimtevaart-, chemische en nucleaire industrie. De mechanische eigenschappen van door neerslag geharde roestvrij staal worden aanzienlijk beïnvloed door de warmtebehandelingstoestand ervan. Het conventionele warmtebehandelingsproces voor 17-4PH martensitische neerslaghardende roestvrij staal omvat oplossingsbehandeling gevolgd door verouderingsbehandeling. Door de microstructuur aan te passen en de neerslag van fasen te regelen, kunnen de sterkte, hardheid en corrosieweerstand worden verbeterd. Momenteel heeft onderzoek naar de warmtebehandelingsprocessen van 17-4PH roestvrij staal een hoog niveau van volwassenheid bereikt. Dit artikel vat de prestaties en mechanismen onder verschillende warmtebehandelingsprocessen samen en bespreekt kort.

1. Verhit behandeling van 17-4ph roestvrij staal

17-4PH Het martensitische transformatiepunt van roestvrij staal is boven kamertemperatuur. Na de behandeling van oplossingen is de matrixstructuur in principe martensitisch en is de sterkte ervan erg hoog. Verschillende verouderingsbehandelingen kunnen worden uitgevoerd op basis van oplossingsbehandeling om de sterkte van het materiaal te verbeteren en te voldoen aan de behoeften van verschillende productiepraktijken.

The chemical composition of 17-4PH stainless steel (by mass fraction,%) is as follows: ≤0.07% carbon (C), ≤1.0% 00Mn,≤1.00Si, ≤0.023% phosphorus (P), ≤0.03% sulfur (S), 15.50 to 17.50% chromium (Cr), 3.00 to 5.00% nickel (Ni), 3.00 tot 5,00% koper (Cu) en 0,15 tot 0,45% niobium (NB). De primaire neerslaghardende elementen zijn koper en niobium, met sommige gevallen, waaronder aluminium en titanium. Deze elementen worden gebruikt om het versterkingsproces te bereiken door hun oplosbaarheid te gebruiken. Wanneer 17-4PH roestvrij staal wordt verwarmd tot de temperatuur van de austeniet, leidt de hogere oplosbaarheid van deze versterkingselementen in austeniet en lagere oplosbaarheid in martensiet tot de vorming van een oververzadigde martensitische structuur met koper en niobium. De martensiet zelf heeft hoge sterkte en taaiheid, waardoor een bepaald niveau van versterking wordt geboden. Na de verouderingsbehandeling lossen het oververzadigde koper en het niobium op in de matrix, waardoor de sterkte van het materiaal verder wordt verbeterd. Daarom kunnen aan verschillende prestatie -eisen worden voldaan via verschillende warmtebehandelingsprocessen.

1. Behandeling met vaste oplossing Behandeling Solid Solution is een essentieel warmtebehandelingsproces voor 17-4PH-staal. Tijdens de behandeling van vaste oplossingen moet de verwarmingstemperatuur ervoor zorgen dat koolstof- en legeringselementen volledig worden opgelost in austeniet, maar deze moet niet te hoog zijn. Voor 17-4PH-staal is AC1 ongeveer 670 ℃, AC3 is ongeveer 740 ℃, MS is 80 tot 140 ℃ en MF is ongeveer 32 ℃. Daarom beveelt de standaard een vaste oplossing -behandelingstemperatuur aan van 1020 tot 1060 ℃. Verschillende vaste oplossingstemperaturen resulteren in verschillende microstructuren en eigenschappen. Zhao Liping, Du Daming en anderen bestudeerden de microstructuur en eigenschappen van 17-4ph staal bij verschillende vaste oplossingstemperaturen, het selecteren van behandelingstemperaturen van 1000,1040 en 1080 ℃. Uit de studie bleek dat na een behandeling van 1040 ℃ vaste oplossing de monsters de hoogste hardheid hadden. Dit komt omdat wanneer de behandelingstemperatuur van de vaste oplossing laag is, het tijdens de verwarming gevormde austeniet ongelijk is en de opgeloste legeringscarbiden minimaal zijn, wat leidt tot lagere martensiethardheid na het blussen. Wanneer de behandelingstemperatuur van de vaste oplossing hoog is, worden de korrels grover en lossen meer legeringscarbiden op in austeniet, waardoor de stabiliteit van de austeniet wordt verhoogd en het martensiettransformatiepunt wordt verlaagd. Als gevolg hiervan neemt de hoeveelheid martensiet af na het uitdagen, neemt de hoeveelheid resterende austeniet toe en neemt de hardheid af. Bovendien kunnen overmatig hoge verwarmingstemperaturen leiden tot een hoger gehalte aan ferriet in de vaste oplossingsstructuur, wat het uiteindelijke versterkingseffect beïnvloedt. Daarom is het essentieel om de juiste behandelingstemperatuur van vaste oplossing te selecteren om de gewenste eigenschappen te waarborgen. Vanwege de aanwezigheid van chroom en nikkel in 17-4PH-staal, kan het martensiet vormen wanneer het luchtgekoeld is. Om echter een fijnere structuur van vaste oplossingen, een betere versterking en verbeterde ductiliteit en taaiheid te bereiken, wordt oliekoeling echter vaak gebruikt in de productie. De microstructuur na behandelingsbehandeling bestaat uit koolstofarme bainitische platen die oververzadigd koper en niobium bevatten. Soms kan, vanwege onvoldoende blussen of overmatig hoge verwarmingstemperaturen, een kleine hoeveelheid resterende austeniet en ferriet overblijven.

17-4PH-staal moet worden behandeld volgens de vereiste prestaties, met de verwarmingstemperatuur en houdtijd dienovereenkomstig bepaald. Studies hebben aangetoond dat na de behandeling van oplossingen bij 1040 ℃, naarmate de verouderingstemperatuur toeneemt, martensitische structuren temperen ondergaan en continu worden neergeslagen. Bij 450 ℃ beginnen koper- en niobiumprecipitaten zich te vormen. Tegen 470-480 ℃ zijn de neerslag prima en zijn wijd verspreid binnen de korrels, wat resulteert in de hoogste hardheid van het materiaal. Naarmate de verouderingstemperatuur blijft stijgen, nemen de hardheid en sterkte af, terwijl de plasticiteit en de taaiheid toenemen. Aangezien de veranderingen in hardheid en sterkte vergelijkbare patronen volgen, moet voor onderdelen met specifieke vereisten voor hardheid en sterkte de verouderingstemperatuur strikt worden geregeld om aan de gebruikseisen te voldoen. De veranderingen in sterkte en plasticiteit tijdens het verouderingsproces van 17-4PH-staal zijn vergelijkbaar met die in 0CR15NI5Cu2tische neerslaghardende roestvrij staal. Veroudering boven 510 ℃ wordt beschouwd als overgeslacht. Hou Kai et al. bestudeerde de impactstuwheid van 17-4PH-staal onder over-verouderende omstandigheden en ontdekte dat naarmate de verouderingstemperatuur toeneemt, de impactstuwheid van het materiaal geleidelijk verbetert. Om de volledige vorming van neerslag en effectieve veroudering te waarborgen, moet de houdtijd bij de verouderingstemperatuur over het algemeen niet minder dan 4 uur zijn, gevolgd door luchtkoeling. Bij dezelfde verouderingstemperatuur resulteren verschillende houdtijden in verschillende uiteindelijke eigenschappen. Figuur 1 toont de hardheidscurve van 17-4PH staal bij 350 ℃ verouderingstemperatuur, met de veranderingen in de tijd. Het is duidelijk dat naarmate de houdtijd toeneemt, de hardheid van de monsters geleidelijk toeneemt. In het vroege stadium van de verouderingsbehandeling is de toename van de hardheid relatief traag; Na 6000 uur veroudering versnelt de toename van de hardheid; Ongeveer 9000 uur veroudering bereikt de hardheid zijn piek; Na dit punt, naarmate de verouderingstijd blijft verlengen, begint de hardheid snel af te nemen. Peng Yanhua et al. een gedetailleerd onderzoek uitgevoerd naar de relatie tussen langdurige veroudering en trekwoningen van 17-4PH-staal. De resultaten geven aan dat na 350 ℃ van langdurige veroudering de opbrengststerkte en treksterkte toenemen met langere verouderingstijd, terwijl de vermindering van het gebied en de verlenging afnemen; De breukoppervlak gaat over van fijne naar grove putstructuren. Uit de studie bleek ook dat na langdurige veroudering de microstructuur van 17-4PH staalveranderingen, met spinodale ontleding die begint bij korrelgrenzen, en de neergeslagen e-Cu-deeltjes geleidelijk groeien, samen met de vorming van een kleine hoeveelheid omgekeerde transformatie Austeniet. Naarmate de verouderingstijd zich uitstrekt, verschuift de spinodale ontleding geleidelijk van korrelgrenzen naar binnen de korrels, en een groot aantal georiënteerde fijne G -fasen steekt neer in de matrix, terwijl de matrixstructuur bainitisch blijft. Het brosgedrag van 17-4ph staal jonger dan 350 ℃ langdurige veroudering werd bestudeerd met behulp van de oscillografische impactmethode. De oscillografische impacttest biedt verschillende tijdelijke informatie over de energie-tijd, laadtijd en afbuiging-tijd van het vervorming- en breukproces tijdens de impactfractuur van het monster, wat essentieel is voor het begrijpen van het vervorming en breukgedrag van materialen onder dynamische laadomstandigheden. De resultaten tonen aan dat het crack-initiatiewerk (EI), crack propagatiewerkzaamheden (EP), totale impactwerk (ET) en dynamische fractuurstuwheid (KID) van 17-4PH-staal afnemen met de uitbreiding van de veroudering op lange termijn bij 350 ℃

De conventionele warmtebehandeling voor 17-4PH roestvrij staal omvat oplossing en veroudering. Recente studies hebben aangetoond dat het uitvoeren van een aanpassingsbehandeling vóór veroudering het mechanische en corrosiebestendige eigenschappen van het materiaal aanzienlijk kan veranderen. Het doel van deze aanpassingsbehandeling is om de MS- en MF -transformatiepunten van het staal aan te passen, daarom staat het ook bekend als een fasetransformatiebehandeling. Na het toevoegen van de aanpassingsbehandeling is de impactstaai van het materiaal meer dan verdubbeld bij dezelfde oplossing en verouderingstemperaturen, en de corrosieweerstand ervan wordt ook aanzienlijk verbeterd. Yang Shiwei en collega's gebruikten methoden zoals chemische onderdompeling, polarisatiecurves, cyclische polarisatiecurves en elektrochemische impedantie om de corrosieweerstand van 17-4PH-staal in kunstmatig zeewater te bestuderen onder omstandigheden van oplossingveroudering en oplossing + aanpassing + aanpassing + veroudering. Uit de studie bleek dat na 17-4PH roestvrij staal een aanpassingsbehandeling ondergaat, gevolgd door veroudering, het zelfcorrosiepotentieel en het afzetten van potentiële toename, terwijl de jaarlijkse corrosiesnelheid afneemt, waardoor de weerstand van de zeewatercorrosiebestand in vergelijking met monsters die direct verouderd zijn, aanzienlijk verbetert. Dit komt omdat de aanpassingsbehandeling effectief de vorming van chroomarme gebieden voorkomt, die cruciaal zijn voor het handhaven van een goede corrosieweerstand. Bovendien wordt de martensietstructuur fijner, waardoor de uniformiteit van de microstructuur van het materiaal wordt verbeterd. De microstructuren na veroudering van oplossingen en oplossing + aanpassing + veroudering worden weergegeven in figuur

2. Het is te zien dat de microstructuur na aanpassingsbehandeling duidelijkere korrelgrenzen, uniform fijne martensietplaten en een duidelijke oriëntatierelatie heeft. Daarentegen vertoont de microstructuur na alleen veroudering van oplossing grove martensietplaten en een grote hoeveelheid witte neerslag bij de korrelgrenzen. Na de aanpassingsbehandeling erft de martensitische structuur "genetisch" de kenmerken van miniaturisatie in de aangepaste toestand. De korrelgrenzen zijn verbonden om een ​​netwerk te vormen, en de korrels die voornamelijk uit martensiet en resten austeniet zijn ingekapseld. Dit soort structuur is gerelateerd aan de productie van meer reverse transformatie austeniet in staal.

Veel onderzoekers hebben ook de effecten bestudeerd van het aanpassen van de verwerkingstijd en temperatuur. Uit de studies bleek dat hoewel de aanpassingen aan tijd en temperatuur een beperkte invloed hadden op de microstructuur van het materiaal, naarmate de aanpassingstijd toenam, de martensietstructuur fijner en uniformer werd. Naarmate de verwerkingstemperatuur toenam, nam de sterkte van het materiaal geleidelijk toe, maar de plasticiteit en de taaiheid namen af. Na de 816 ℃ aanpassingsbehandeling, naarmate de verouderingstemperatuur toenam, daalde de sterkte van het materiaal geleidelijk, terwijl de plasticiteit en de taaiheid geleidelijk toenamen.

217-4PH roestvrijstalen warmtebehandelingssterkingsmechanisme.

Tijdens de vaste oplossingsbehandeling van 17-4PH martensitisch roestvrij staal, lossen koper en niobium op in de austenietkorrels. Bij koeling resulteert dit proces in een oververzadigde martensiet die koper en niobium bevat, wat leidt tot de eerste versterking. Tijdens het verouderingsproces gaan de oververzadigde elementen uit de korrels, resulterend in een tweede versterking van de matrix. Dit is het primaire versterkingsmechanisme voor 17-4ph staal.

Verschillende warmtebehandelingsprocessen kunnen verschillende microstructuren en eigenschappen produceren, maar het versterkingsmechanisme is hetzelfde: het is gerelateerd aan de neerslag van neerslag. De verdeling van neerslag zoals ε-Cu, NBC en M23C6 varieert, wat leidt tot verschillende materiaaleigenschappen. In door neerslag geharde legeringen wordt de vloeigrens bepaald door het effect van het versterken van fasen op dislocaties. Wanneer de versterkende fasedeeltjes extreem goed en verspreid zijn, vormen ze een dichte laag die dislocatie -lijnen blokkeert, waardoor ze door deze deeltjes kunnen gaan, waardoor de opbrengststerkte van de legering wordt verhoogd en uiteindelijk brosheid veroorzaakt. Omgekeerd, wanneer de versterkende fasedeeltjes groter zijn en minder dicht verdeeld zijn, kunnen dislocaties deze deeltjes omgekeerd omgekeerd omgekeerd omgekeerd omgekeerd omgekeerd, volgens het OWRRONE -mechanisme, waardoor de dislocatielijnblokkade wordt voorkomen en de opbrengststerkte van de legering wordt verminderd. Dit is de reden waarom, in leeftijd van 17-4PH-staal, wanneer er veel inverse transformatie austenietkorrels zijn, zijn de ε-Cu-deeltjes in de inverse transformatie Austenite fijner en meer dun verdeeld dan die in martensiet, die weinig of geen obstructie bieden aan dislocaties, die de vloeistofsterkte van de lichtmetalen vermindert. Over het algemeen behoudt 17-4PH-staal na uitdoving een kleine hoeveelheid resterende austeniet, die zeer fijne deeltjes zijn die de kern worden van de inverse transformatie austeniet tijdens het temperen. Daarom, hoe meer resterende austeniet in de legering, hoe meer inverse transformatie austeniet wordt gegenereerd tijdens veroudering. Daarom, wanneer de inhoud van elementen die de vorming van de martensiet (zoals C) in de legering bevorderen, afneemt, terwijl het gehalte aan elementen die austeniet stabiliseren (zoals N) te hoog is, zal meer resterende austeniet zich vormen na een blussen en meer reverse transformatie die Austeniet zal vormen na het temperen, waardoor de rendement van de Alloy wordt verminderd. Naarmate de verouderingstemperatuur stijgt, begint omgekeerde transformatie Austenite te vormen en te groeien, wat leidt tot een toename van de hoeveelheid resterende austeniet bij kamertemperatuur en een afname van de sterkte. Daarom is het voor materialen met sterkte -eisen essentieel om een ​​redelijk warmtebehandelingsproces te ontwikkelen en de hoeveelheid omgekeerde transformatie austeniet in de microstructuur strikt te regelen. ε-Cu is de primaire versterkingsfase in 17-4PH-staal. In de afgelopen jaren is onderzoek naar de morfologie toegenomen. Het buitenland begon eerder, terwijl binnenlands onderzoek, met name bij Harbin Turbine Factory, grondiger is geweest. Algemeen werd aangenomen dat "in alle gevallen ε-Cu bolvormig is." Harbin-turbinefabriek ontdekte echter dat ε-Cu-fasen die zijn neergeslagen uit de martensitische matrix gladde korte staven zijn, terwijl die neergeslagen uit austeniet (omgekeerde transformatie austeniet) bolvormig zijn. Dit komt omdat zowel Austenite- als ε-Cu-fasen gezichtsgerichte kubieke roosters hebben en hun grensvlakergie erg laag is, wat resulteert in bolvormige ε-Cu-fasen. Martensite heeft daarentegen een lichaamsgericht kubisch rooster, dat aanzienlijk verschilt van het gezichtsgerichte kubieke rooster van e-Cu-fasen, wat leidt tot een hoge grensvlakergie en staafachtige ε-CU-fasen. Zhang Hongbin et al. bestudeerde ook de morfologie van ε-Cu-fasen in 17-4PH-staal en ontdekte dat e-Cu-fasen die uit de martensitische matrix zijn neergeslagen bijna bolvormig zijn