L'acciaio inossidabile 17-4PH (ASTM) è un acciaio inossidabile a indurimento da precipitazione martensitico, equivalente allo standard nazionale 05Cr17Ni4Cu4Nb.Questo tipo di acciaio inossidabile ha un basso contenuto di carbonio e un elevato contenuto di Ni e CrInoltre, l'acciaio contiene livelli più elevati di elementi di lega come Cu e Nb.Questi elementi di lega possono precipitare le fasi di indurimento dell'età come ε-Cu, NbC e M23C6 durante il trattamento termico, migliorando la resistenza e la durezza del materiale.aerospazialeLe proprietà meccaniche dell'acciaio inossidabile indurito per precipitazione sono significativamente influenzate dal suo stato di trattamento termico.Il processo di trattamento termico convenzionale per l'acciaio inossidabile a indurimento da precipitazione martensitico 17-4PH prevede un trattamento in soluzione seguito da invecchiamento, che migliora la resistenza, la durezza e la resistenza alla corrosione regolando la microstruttura e controllando la precipitazione delle fasi.La ricerca sui processi di trattamento termico per l'acciaio inossidabile 17-4PH è abbastanza maturaQuesto articolo riassume e descrive brevemente le prestazioni e i meccanismi sotto diversi processi di trattamento termico.

Trattamento termico dell'acciaio inossidabile 17-4PH

Il punto di trasformazione della martensite in acciaio inossidabile 17-4PH è superiore alla temperatura ambiente.E la sua forza è stata molto alta.- un trattamento di invecchiamento diverso sulla base di un trattamento in soluzione può migliorare la resistenza del materiale e soddisfare le esigenze di varie pratiche di produzione.

La composizione chimica (in percentuale di massa,%) dell'acciaio inossidabile 17-4PH è: ≤ 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. I principali elementi di indurimento da precipitazione sono rame e niobio, alcuni includono anche alluminio e titanio.Il processo di rinforzo si ottiene utilizzando la solubilità di questi elementiQuando l'acciaio inossidabile 17-4PH viene riscaldato alla temperatura dell'austenite, a causa della sua maggiore solubilità nell'austenite e della sua minore solubilità nella martensite,forma una struttura supersaturata di martensite con rame e niobio al raffreddamento a temperatura di martensiteLa martensite stessa ha una elevata resistenza e robustezza, ottenendo così un certo grado di rinforzo.il rame e il niobio sovrasaturi disciolti nella matrice precipitano fuori, migliorando ulteriormente le proprietà del materiale. Pertanto, possono essere utilizzati diversi processi di trattamento termico per soddisfare vari requisiti di prestazione.

1. Trattamento con soluzione solida Il trattamento con soluzione solida è un processo di trattamento termico essenziale per l'acciaio 17-4PH.la temperatura di riscaldamento dovrebbe garantire che il carbonio e gli elementi di lega nell'acciaio si sciolgano completamente in austenite, ma non dovrebbe essere troppo elevata. L'Ac1 dell'acciaio 17-4PH è di circa 670°C, l'Ac3 di circa 740°C, Ms di 80-140°C e Mf di circa 32°C.la norma raccomanda una temperatura di trattamento della soluzione solida di 1020-1060°CLe diverse temperature delle soluzioni solide determinano diverse microstrutture e proprietà.studiato la microstruttura e le proprietà dell'acciaio 17-4PH a diverse temperature di soluzione solida, selezionando temperature di trattamento di 1000,1040Lo studio ha rilevato che dopo un trattamento a 1040°C con soluzione solida, la durezza del campione era la più elevata.l'austenite ottenuta dal riscaldamento è irregolare, e i carburi di lega disciolti sono minimi, con conseguente riduzione della durezza della martensite dopo la scaldatura; quando la temperatura della soluzione solida è elevata, da un lato i grani diventano più grossolani,e dall'altra parte, troppi carburi di lega si sciolgono in austenite, aumentando la stabilità dell'austenite e abbassando il punto di trasformazione della martensite.la quantità di martensite diminuisce dopo l'estinguimentoInoltre, temperature di riscaldamento eccessivamente elevate possono introdurre un maggiore contenuto di ferrite nella struttura della soluzione solida,che influenzano l'effetto di rinforzo finaleLa presenza di cromo e nichel nell'acciaio 17-4PH è quindi essenziale per garantire le proprietà desiderate.può formare martensite quando raffreddato ad ariaTuttavia, per ottenere una soluzione solida più sottile dopo il temperaggio e un miglior effetto di rinforzo, nonché una migliore duttilità e resistenza, il raffreddamento a olio è comunemente utilizzato nella produzione effettiva.La microstruttura dopo il trattamento in soluzione è costituita da piastre bainiche a basso tenore di carbonio contenenti rame e niobio sovrasaturi.A volte, a causa di un'esposizione insufficiente o di temperature di riscaldamento eccessivamente elevate, può esserci una piccola quantità di austenite e ferrite residue.

1Trattamento di invecchiamento dell'acciaio 17-4PH: il trattamento di invecchiamento dell'acciaio 17-4PH deve essere determinato in base alle prestazioni richieste, specificando le temperature di riscaldamento e i tempi di tenuta.Gli studi hanno dimostrato che dopo il trattamento della soluzione a 1040°C, con l'aumento della temperatura di invecchiamento, le strutture martensitiche subiscono un temperamento e si formano continuamente precipitati.i precipitati sono fini e uniformemente distribuiti all'interno dei graniCon l'aumentare della temperatura di invecchiamento, la durezza e la resistenza diminuiscono, mentre la duttilità e la resistenza aumentano.Dal momento che i cambiamenti di durezza e resistenza seguono modelli simili, i pezzi di lavoro con requisiti specifici di durezza e resistenza devono controllare rigorosamente la temperatura di invecchiamento per soddisfare le esigenze di utilizzo.La relazione tra resistenza e duttilità durante il processo di invecchiamento dell'acciaio 17-4PH è simile a quella dell'acciaio inossidabile a precipitazione 0°Cr15Ni5Cu2TiCL'invecchiamento superiore a 510°C nell'acciaio 17-4PH è considerato troppo invecchiato.la resistenza all'impatto del materiale migliora gradualmentePer garantire un'adeguata precipitazione dei precipitati e un'effettiva stagionatura, il tempo di conservazione alla temperatura di stagionatura è generalmente non inferiore a 4 ore, seguito da raffreddamento ad aria.Sotto la stessa temperatura di invecchiamentoLa figura 1 mostra la curva di durezza dell'acciaio 17-4PH a 350°C.Si può osservare che con l'aumentare del tempo di conservazioneNel primo stadio del trattamento dell'invecchiamento, l'aumento della durezza del campione è relativamente lento; dopo 6000 ore di invecchiamentola durezza dei campioni aumenta più rapidamente• intorno alle 9.000 ore, la durezza raggiunge il suo valore massimo; successivamente, con l'allungamento del tempo di invecchiamento, la durezza inizia a diminuire rapidamente.ha condotto uno studio dettagliato sulla relazione tra invecchiamento a lungo termine e proprietà di trazione dell'acciaio 17-4PHI risultati dimostrano che dopo un lungo invecchiamento a 350°C, con l'aumentare del tempo di invecchiamento, la resistenza al rendimento e alla trazione aumentano, mentre i tassi di riduzione e allungamento diminuiscono;la superficie della frattura cambia da pozzi dottili fini a pozzi dottili grossolaniLo studio ha anche rilevato che dopo un lungo invecchiamento, la microstruttura dell'acciaio 17-4PH cambia, con la decomposizione spinodiale che inizia ai confini del grano,e le particelle di ε-Cu precipitate crescono gradualmenteCon l'aumentare del tempo di invecchiamento, la decomposizione spinodale si sposta gradualmente dai confini del grano all'interno del grano.con un gran numero di fasi G sottili orientate precipitate nella matriceWang Jun et al. hanno utilizzato il metodo di impatto oscilografico per studiare il comportamento di fragilità dell'acciaio 17-4PH in condizioni di invecchiamento a lungo termine a 350 °C.I test di impatto oscilografici possono fornire varie informazioni transitorie durante il tempo di energia, tempo di carico e tempo di deflessione delle fasi di frattura da impatto del campione, offrendo informazioni sul comportamento di deformazione e frattura dei materiali in condizioni di carico dinamico.I risultati mostrano che l'energia di inizio della crepa (Ei), l'energia di propagazione delle crepe (Ep), l'energia di impatto totale (Et) e la resistenza dinamica alla frattura (KId) dell'acciaio 17-4PH diminuiscono con l'estensione del tempo di invecchiamento a lungo termine a 350 °C

1.3 Trattamento di regolazione Il trattamento termico convenzionale per l'acciaio inossidabile 17-4PH è la soluzione + invecchiamento.la ricerca ha rilevato che l'esecuzione di un trattamento di regolazione prima dell'invecchiamento può modificare significativamente le proprietà meccaniche e di resistenza alla corrosione del materialeLo scopo del trattamento di regolazione è quello di regolare i punti di trasformazione della martensite Ms e Mf dell'acciaio, per cui è anche indicato come trattamento di trasformazione di fase.Dopo l'aggiunta del trattamento di regolazione, per la stessa soluzione e alle stesse temperature di invecchiamento, la resistenza all'urto del materiale aumenterà di più di un doppio e la sua resistenza alla corrosione sarà anche significativamente migliorata.Yang Shiwei e altri. utilizzato immersione chimica, curve di polarizzazione, curve di polarizzazione ciclica,e metodi di impedenza elettrochimica per studiare la resistenza alla corrosione dell'acciaio 17-4PH nell'acqua di mare artificiale in condizioni di invecchiamento diretto dopo soluzione e soluzione + regolazione + invecchiamentoLo studio ha dimostrato che, dopo che l'acciaio inossidabile 17-4PH è stato sottoposto a un trattamento di regolazione seguito da un processo di invecchiamento, il potenziale di autocorrosione e il potenziale di corrosione a pozzo aumentano.mentre il tasso di corrosione annuale diminuisce, rendendo la sua resistenza alla corrosione all'acqua di mare molto superiore a quella dei campioni invecchiati direttamente.evita efficacemente la formazione di zone povere di cromoInoltre, la struttura della martensite diventa più sottile, migliorando l'uniformità della microstruttura del materiale.Le microstrutture dopo soluzione e invecchiamento diretto, nonché soluzione + regolazione + invecchiamento, sono illustrate nella figura 2. Si può vedere che la microstruttura dopo il trattamento di regolazione ha confini di grani più chiari, piastre di martensite uniformemente sottili,e chiare relazioni di orientamentoInvece, la microstruttura dopo soluzione e invecchiamento diretto presenta piastre grossolane di martensite con numerosi precipitati bianchi distribuiti lungo i confini del grano.la struttura martensitica "eredita" le caratteristiche di un trattamento di regolazione fineI confini dei grani sono collegati in una rete, e i grani composti principalmente da martensite e austenite residua sono incapsulati in essa.Questo tipo di microstruttura è correlata alla produzione di più austenite di trasformazione inversa in acciaio.

Molti ricercatori hanno anche studiato gli effetti dell'adeguamento del tempo e della temperatura del trattamento.I risultati della ricerca mostrano che l'adeguamento del tempo e della temperatura non influisce significativamente sulla morfologia della microstruttura del materialeTuttavia, con l'aumentare del tempo di regolazione, la struttura martensitica diventa più sottile e uniforme; con l'aumento della temperatura di trattamento, la resistenza del materiale aumenta gradualmente.mentre la sua duttilità e resistenza diminuiscono gradualmenteDopo un trattamento di regolazione a 816°C, con l'aumento della temperatura di invecchiamento, la resistenza del materiale diminuisce gradualmente, mentre la sua duttilità e resistenza aumentano gradualmente.

2.17-4PH meccanismo di rinforzo per il trattamento termico in acciaio inossidabile

Nel processo di soluzione solida dell'acciaio inossidabile martensitico 17-4PH, elementi quali rame e niobio si dissolvono nei grani di austenite.si formano martensite di rame e niobio sovrasaturiIn seguito, durante il processo di invecchiamento, gli elementi sovrasaturi di rame e niobio precipitano dai grani, portando a un secondo rinforzo della matrice.Questo è anche il metodo di rinforzo primario per l'acciaio 17-4PH.

Diversi processi di trattamento termico possono produrre microstrutture e proprietà diverse, ma i meccanismi di rinforzo sono tutti gli stessi, il che è correlato alla precipitazione dei precipitati.Distribuzione dei precipitati come ε-CuLa resistenza al rendimento delle leghe indurite per precipitazione è determinata dall'effetto delle fasi di rinforzo sulle dislocazioni.Quando le particelle di fase di rinforzo sono estremamente sottili e disperse con una distribuzione densa, le linee di dislocazione verranno bloccate e non potranno passare attraverso queste particelle, aumentando così la resistenza della lega e causando infine la fragilità.Quando le particelle di fase di rinforzo sono più grandi e scarsamente distribuite, le dislocazioni possono bypassare queste particelle di fase di rinforzo secondo il meccanismo di Owrrone, evitando il blocco della linea di dislocazione e riducendo la resistenza di resa della lega.in acciaio invecchiato 17-4PH, quando ci sono più grani di austenite di trasformazione inversa, le particelle di ε-Cu nell'austenite di trasformazione inversa sono più sottili e distribuite più scarsamente di quelle della martensite,fornendo poco o nessun ostacolo alle lussazioniIn generale, dopo la scaldatura, l'acciaio 17-4PH avrà una piccola quantità di austenite residua,che consiste di particelle molto sottili che diventano il nucleo della trasformazione inversa dell'austenite durante il temperaggioPertanto, più austenite residua è presente nella lega, più austenite di trasformazione inversa sarà generata durante l'invecchiamento.quando il contenuto di elementi che favoriscono la formazione di martensite (come C) nella lega è ridotto, mentre il contenuto di elementi che stabilizzano l'austenite (come l'N) è troppo elevato, rimarrà più austenite residua dopo l'estinguimento,e più inversa trasformazione austenite si formerà dopo la temperatura, riducendo in tal modo la resistenza di resa della lega; allo stesso tempo, con l'aumento della temperatura di invecchiamento, l'austenite di trasformazione inversa inizia a formarsi e a crescere,che porta ad un aumento della quantità di austenite residuo a temperatura ambiente e una diminuzione della resistenzaPertanto, per i materiali con requisiti di resistenza,è necessario formulare ragionevolmente i processi di trattamento termico e controllare rigorosamente la quantità di austenite di trasformazione inversa nella microstrutturaIn questi ultimi anni sono state condotte ulteriori ricerche sulla sua morfologia.mentre la ricerca interna alla Harbin Turbine Factory è stata più approfonditaSi credeva generalmente che "in tutti i casi, ε-Cu è sferica". Tuttavia, la ricerca presso la Harbin Turbine Factory ha rilevato che le fasi ε-Cu precipitate dalla matrice martensitica sono barre corte lisce,mentre quelli precipitati dall'austenite (austenite di trasformazione inversa) sono sfericiCiò è dovuto al fatto che entrambe le fasi di austenite e di ε-Cu hanno reticolazioni cubiche centrate sulla faccia e la loro energia interfacciale è molto bassa, quindi le fasi di ε-Cu precipitate sono sferiche.ha un reticolo cubico centrato sul corpo, che differisce significativamente dal reticolo cubico centrato sulla faccia delle fasi ε-Cu, con conseguente elevata energia interfacciale, quindi le fasi ε-Cu precipitate sono simili a barre.studiato anche la morfologia delle fasi ε-Cu nell'acciaio 17-4PH, e hanno trovato

Conclusione 3

L'acciaio inossidabile rinforzato con ceramica combina i vantaggi dell'alta resistenza e dell'eccellente resistenza alla corrosione.La sua resistenza alla corrosione non dipende solo dalla composizione chimica, ma anche dal trattamento termicoLa temperatura della soluzione è in genere fissata a 1040°C; temperature troppo elevate o troppo basse possono influenzare le sue prestazioni.Il trattamento dell'invecchiamento può migliorare le sue proprietà meccaniche complessiveSulla base dei processi tradizionali, l'aggiunta di trattamenti di regolazione può perfezionare la struttura della matrice martensitica, migliorando così la resistenza alla corrosione del materiale.

Le ricerche sui meccanismi di rinforzo dell'acciaio inossidabile 17-4PH sono state condotte sia a livello nazionale che internazionale e hanno dato alcuni risultati.Si ritiene generalmente che questi meccanismi siano correlati alla precipitazione di ε-Cu, e la resistenza del materiale è determinata dallo stato di rinforzo rispetto alle linee di lussazione.i processi di trattamento termico per l'acciaio 17-4PH sono diventati abbastanza maturi, consentendo la selezione di processi di trattamento termico appropriati nella produzione effettiva in base alle specifiche condizioni di applicazione per ottenere le prestazioni desiderate.