L'acciaio inossidabile a 17-4 ph (ASTM) è un tipo di ramigliamento di precipitazioni martensitiche, equivalente allo standard nazionale 05CR17NI4CU4NB. Questo tipo di acciaio inossidabile ha un basso contenuto di carbonio e un alto contenuto di NI e CR, rendendolo altamente saldabile e resistente alla corrosione. Inoltre, l'acciaio contiene un alto livello di elementi legati come Cu e NB. Questi elementi precipitano le fasi ε-Cu, NBC e M23C6 durante il trattamento termico, migliorando la resistenza e la durezza del materiale. A causa di questi vantaggi, l'acciaio inossidabile che sostiene le precipitazioni martesitiche a 17-4 è ampiamente utilizzata nelle industrie aerospaziale, aerospaziale, chimica e nucleare. Le proprietà meccaniche dell'acciaio inossidabile indurato dalle precipitazioni sono significativamente influenzate dal suo stato di trattamento termico. Il processo di trattamento termico convenzionale per l'acciaio inossidabile che sostiene le precipitazioni martesitiche a 17-4 ph comporta un trattamento della soluzione seguito da un trattamento dell'invecchiamento. Regolando la microstruttura e controllando le precipitazioni delle fasi, la resistenza, la durezza e la resistenza alla corrosione possono essere migliorate. Attualmente, la ricerca sui processi di trattamento termico dell'acciaio inossidabile a 17-4 ph ha raggiunto un alto livello di maturità. Questo articolo riassume e discute brevemente le prestazioni e i meccanismi nell'ambito dei diversi processi di trattamento termico.

1. Trattamento al riserve di acciaio inossidabile a 17-4 ph

17-4PH Il punto di trasformazione martensitico dell'acciaio inossidabile è al di sopra della temperatura ambiente. Dopo il trattamento della soluzione, la struttura della matrice è sostanzialmente martensitica e la sua forza è stata molto alta. Diversi trattamenti di invecchiamento possono essere effettuati sulla base del trattamento della soluzione per migliorare la forza del materiale e soddisfare le esigenze di varie pratiche di produzione.

La composizione chimica di acciaio inossidabile a 17-4 ph (per frazione di massa,%) è la seguente: ≤0,07% di carbonio (c), ≤1,0% 00mn, ≤1,00Si, ≤0,023% fosforo (p), ≤0,03% di zolfo (s), 15,50 a 17,50% cromatico (cr), da 3,00 a 5,00% (Na) 5,00% di rame (Cu) e 0,15 allo 0,45% di niobio (NB). Gli elementi di indurimento delle precipitazioni primari sono rame e niobio, con alcuni casi tra cui alluminio e titanio. Questi elementi vengono utilizzati per ottenere il processo di rafforzamento utilizzando la loro solubilità. Quando l'acciaio inossidabile a 17-4 ph viene riscaldato alla sua temperatura di austenite, la maggiore solubilità di questi elementi di rafforzamento nell'austenite e la minore solubilità in martensite porta alla formazione di una struttura martensitica supersatura con rame e niobio. La stessa martensite ha un'alta forza e tenacità, fornendo un certo livello di rafforzamento. Dopo il trattamento dell'invecchiamento, il rame supersaturo e il niobio si dissolvono nella matrice, migliorando ulteriormente la forza del materiale. Pertanto, vari requisiti di prestazione possono essere soddisfatti attraverso diversi processi di trattamento termico.

1. Trattamento della soluzione solida Il trattamento della soluzione solida è un processo essenziale per il trattamento del calore per l'acciaio a 17-4 ph. Durante il trattamento della soluzione solida, la temperatura di riscaldamento dovrebbe garantire che gli elementi di carbonio e lega siano completamente sciolti in austenite, ma non dovrebbe essere troppo elevato. Per l'acciaio a 17-4 ph, AC1 è di circa 670 ℃, AC3 è di circa 740 ℃, la SM è da 80 a 140 ℃ e MF è di circa 32 ℃. Pertanto, lo standard raccomanda una temperatura di trattamento della soluzione solida da 1020 a 1060 ℃. Diverse temperature della soluzione solida si traducono in diverse microstrutture e proprietà. Zhao Liping, DU Daming e altri hanno studiato la microstruttura e le proprietà di acciaio a 17-4 ph a diverse temperature della soluzione solida, selezionando temperature di trattamento di 1000.1040 e 1080 ℃. Lo studio ha scoperto che dopo un trattamento di soluzione solida 1040, i campioni avevano la massima durezza. Questo perché quando la temperatura del trattamento della soluzione solida è bassa, l'austenite formata durante il riscaldamento è irregolare e le carburi in lega disciolta sono minime, portando a una durezza di martensite inferiore dopo l'estinzione. Quando la temperatura di trattamento della soluzione solida è alta, i grani diventano più grossolani e più carburi in lega si dissolvono in austenite, aumentando la stabilità dell'austenite e abbassando il punto di trasformazione della martensite. Di conseguenza, la quantità di martensite diminuisce dopo l'estinzione, la quantità di austenite residua aumenta e la durezza diminuisce. Inoltre, temperature di riscaldamento eccessivamente elevate possono portare a un contenuto più elevato di ferrite nella struttura della soluzione solida, influenzando l'effetto di rafforzamento finale. Pertanto, è essenziale selezionare la temperatura di trattamento della soluzione solida appropriata per garantire le proprietà desiderate. A causa della presenza di cromo e nichel in acciaio a 17-4 ph, può formare martensite quando raffreddato ad aria. Tuttavia, per ottenere una struttura di soluzione solida più fine, un migliore rafforzamento e una migliore duttilità e tenacità, il raffreddamento dell'olio è comunemente usato nella produzione. La microstruttura dopo il trattamento della soluzione è costituita da piastre bainitiche a basse emissioni di carbonio contenenti rame e niobium supesaturati. A volte, a causa di insufficienti tempestive o temperature di riscaldamento eccessivamente elevate, possono rimanere una piccola quantità di austenite residua e ferrite.

L'acciaio da 17-4 ph deve essere trattato con il calore in base alle prestazioni richieste, con la temperatura di riscaldamento e il tempo di mantenimento determinati di conseguenza. Gli studi hanno dimostrato che dopo il trattamento della soluzione a 1040 ℃, all'aumentare della temperatura di invecchiamento, le strutture martensitiche subiscono il temperamento e si formano continuamente. A 450 ℃, i precipitati di rame e niobio iniziano a formarsi. Entro 470-480 ℃, i precipitati sono fine e ampiamente distribuiti all'interno dei grani, con conseguente massima durezza del materiale. Man mano che la temperatura di invecchiamento continua ad aumentare, la durezza e la forza diminuiscono, mentre la plasticità e la tenacità aumentano. Poiché i cambiamenti nella durezza e nella resistenza seguono schemi simili, per parti con requisiti specifici per la durezza e la resistenza, la temperatura di invecchiamento dovrebbe essere strettamente controllata per soddisfare i requisiti di utilizzo. I cambiamenti nella resistenza e nella plasticità durante il processo di invecchiamento dell'acciaio a 17-4 ph sono simili a quelli in 0CR15NI5CU2tic che sostengono l'acciaio inossidabile. L'invecchiamento sopra 510 ℃ è considerato eccessivo. Hou Kai et al. ha studiato la tenacità di impatto dell'acciaio a 17-4 ph in condizioni eccessive e ha scoperto che all'aumentare della temperatura di invecchiamento, la durezza dell'impatto del materiale migliora gradualmente. Per garantire la piena formazione di precipitati e un invecchiamento efficace, il tempo di mantenimento alla temperatura di invecchiamento dovrebbe essere generalmente non meno di 4 ore, seguito dal raffreddamento dell'aria. Alla stessa temperatura di invecchiamento, diversi tempi di mantenimento comportano proprietà finali diverse. La Figura 1 mostra la curva di durezza dell'acciaio a 17-4 ph a temperatura di invecchiamento di 350 ℃, con le variazioni nel tempo. È evidente che all'aumentare del tempo di mantenimento, la durezza dei campioni aumenta gradualmente. Nella fase iniziale del trattamento dell'invecchiamento, l'aumento della durezza è relativamente lento; Dopo 6000 ore di invecchiamento, l'aumento della durezza accelera; Circa 9000 ore di invecchiamento, la durezza raggiunge il suo picco; Dopo questo punto, man mano che il tempo di invecchiamento continua ad estendersi, la durezza inizia a diminuire rapidamente. Peng Yanhua et al. ha condotto uno studio dettagliato sulla relazione tra l'invecchiamento a lungo termine e le proprietà di trazione dell'acciaio a 17-4P. I risultati indicano che dopo 350 ℃ di invecchiamento a lungo termine, la resistenza alla snervamento e la resistenza alla trazione aumentano con un lungo tempo di invecchiamento, mentre la riduzione dell'area e l'allungamento diminuiscono; La superficie della frattura passa da strutture di fossa sottili a grossolane. Lo studio ha anche scoperto che dopo l'invecchiamento a lungo termine, la microstruttura di cambi di acciaio a 17-4 ph, con decomposizione spinodale che inizia ai confini del grano e le particelle ε-Cu precipitate gradualmente crescendo, insieme alla formazione di una piccola quantità di austenite di trasformazione rivernita. Man mano che il tempo di invecchiamento si estende, la decomposizione spinodale si sposta gradualmente dai confini del grano all'interno dei grani e un gran numero di fasi G sotti orientate precipita nella matrice, mentre la struttura della matrice rimane bainitica. Il comportamento di richiamo dell'acciaio a 17-4PS con l'invecchiamento a lungo termine di 350 ℃ è stato studiato utilizzando il metodo di impatto oscillografico. Il test di impatto oscillografico fornisce varie informazioni transitorie sul tempo di energia, tempo di carico e deflessione della deformazione e del processo di frattura durante la frattura a impatto del campione, che è essenziale per comprendere la deformazione e il comportamento della frattura dei materiali in condizioni di carico dinamico. I risultati mostrano che il lavoro di iniziazione crack (EI), il lavoro di propagazione delle crepe (EP), il lavoro di impatto totale (ET) e la resistenza alla frattura dinamica (KID) dell'acciaio a 17-4 ph diminuiscono con l'estensione del tempo di invecchiamento a lungo termine a 350 ℃

Il trattamento termico convenzionale per acciaio inossidabile a 17-4 ph prevede la soluzione e l'invecchiamento. Studi recenti hanno dimostrato che l'esecuzione di un trattamento di regolazione prima dell'invecchiamento può alterare significativamente le proprietà meccaniche e di resistenza alla corrosione del materiale. Lo scopo di questo trattamento di aggiustamento è di regolare i punti di trasformazione MS e MF dell'acciaio, quindi è anche noto come trattamento di trasformazione di fase. Dopo aver aggiunto il trattamento di aggiustamento, la tenacità di impatto del materiale più che raddoppia alla stessa soluzione e temperature di invecchiamento e anche la sua resistenza alla corrosione è significativamente migliorata. Yang Shiwei e colleghi hanno utilizzato metodi come immersione chimica, curve di polarizzazione, curve di polarizzazione ciclica e impedenza elettrochimica per studiare la resistenza alla corrosione dell'acciaio a 17-4 ph in acqua di mare artificiale in condizioni di invecchiamento della soluzione e soluzione + aggiustamento + invecchiamento. Lo studio ha scoperto che dopo che l'acciaio inossidabile a 17-4 ph subisce un trattamento di aggiustamento seguito dall'invecchiamento, dal potenziale di autocorrosione e dall'aumento del potenziale di broncio, mentre il tasso di corrosione annuale diminuisce, migliorando significativamente la sua resistenza alla corrosione delle acque di mare rispetto ai campioni invecchiati direttamente. Questo perché il trattamento di aggiustamento impedisce effettivamente la formazione di aree poveri di cromo, che sono cruciali per mantenere una buona resistenza alla corrosione. Inoltre, la struttura di martensite diventa più fine, migliorando l'uniformità della microstruttura del materiale. Le microstrutture dopo l'invecchiamento della soluzione e la soluzione + regolazione + invecchiamento sono mostrate nella figura

2. Si può vedere che la microstruttura dopo il trattamento di regolazione ha confini di grano più chiari, piastre di martensite uniformemente fine e una chiara relazione di orientamento. Al contrario, la microstruttura dopo l'invecchiamento della soluzione mostra piastre martensite grossolane e una grande quantità di precipitati bianchi ai confini del grano. Dopo il trattamento di aggiustamento, la struttura martensitica "geneticamente" eredita le caratteristiche della miniaturizzazione nello stato adeguato. I confini del grano sono collegati per formare una rete e i grani composti principalmente da martensite e austenite residua sono incapsulati in essa. Questo tipo di struttura è correlato alla produzione di più austenite di trasformazione inversa in acciaio.

Molti ricercatori hanno anche studiato gli effetti della regolazione del tempo e della temperatura di elaborazione. Gli studi hanno scoperto che mentre gli aggiustamenti al tempo e alla temperatura hanno avuto un impatto limitato sulla microstruttura del materiale, con l'aumentare del tempo di regolazione, la struttura di martensite è diventata più fine e più uniforme. Con l'aumentare della temperatura di elaborazione, la resistenza del materiale aumentava gradualmente, ma la sua plasticità e resistenza diminuirono. Dopo il trattamento di regolazione 816 ℃, con l'aumentare della temperatura di invecchiamento, la resistenza del materiale è gradualmente diminuita, mentre la sua plasticità e la sua tenacità aumentavano gradualmente.

Meccanismo di rafforzamento del trattamento termico in acciaio inossidabile da 217-4 ph.

Durante il trattamento della soluzione solida dell'acciaio inossidabile martensitico a 17-4 ph, il rame e il niobio si dissolvono nei cereali di austenite. Dopo il raffreddamento, questo processo si traduce in una martensite supersaturata contenente rame e niobio, portando al primo rafforzamento. Durante il processo di invecchiamento, gli elementi sovrasaturati precipitano dai grani, risultando in un secondo rafforzamento della matrice. Questo è il meccanismo di rafforzamento primario per l'acciaio a 17-4P.

Diversi processi di trattamento termico possono produrre microstrutture e proprietà diverse, ma il meccanismo di rafforzamento è lo stesso: è correlato alla precipitazione dei precipitati. La distribuzione di precipitati come ε-Cu, NBC e M23C6 varia, portando a diverse proprietà del materiale. Nelle leghe indurite dalle precipitazioni, la resistenza alla snervamento è determinata dall'effetto del rafforzamento delle fasi sulle lussazioni. Quando le particelle di fase di rafforzamento sono estremamente fine e disperse, formano uno strato denso che blocca le linee di dislocazione, impedendo loro di passare attraverso queste particelle, aumentando così la forza di snervamento della lega e alla fine causando abbracci. Al contrario, quando le particelle di fase di rafforzamento sono più grandi e meno distribuite, le dislocazioni possono bypassare queste particelle in base al meccanismo di Owrrone, impedendo il blocco della linea di dislocazione e riducendo la resistenza alla snervamento della lega. Questo è il motivo per cui, nell'acciaio di 17-4 ph, quando ci sono molti granuli di austenite di trasformazione inversa, le particelle ε-Cu nella trasformazione inversa l'austenite sono più fini e più scarsamente distribuite rispetto a quelle in martensite, fornendo poco o nessun ostacolo alle dislocazioni, che riducono la forza di snervamento dell'alley. Generalmente, dopo l'estinzione, l'acciaio da 17-4 ph mantiene una piccola quantità di austenite residua, che sono particelle molto fini che diventano il nucleo della trasformazione inversa austenite durante il temperamento. Pertanto, più austenite residua in lega, maggiore è la trasformazione inversa austenite durante l'invecchiamento. Pertanto, quando il contenuto di elementi che promuove la formazione di martensite (come C) in lega diminuisce, mentre il contenuto di elementi che stabilizzano l'austenite (come N) è troppo elevato, si formerà più austenite residua dopo la follia e una maggiore trasformazione inversa austenite si formerà dopo il temperamento, riducendo così la forza del rendimento della lega. All'aumentare della temperatura di invecchiamento, la trasformazione inversa l'austenite inizia a formarsi e crescere, portando ad un aumento della quantità di austenite residua a temperatura ambiente e una diminuzione della resistenza. Pertanto, per i materiali con requisiti di resistenza, è essenziale sviluppare un ragionevole processo di trattamento termico e controllare rigorosamente la quantità di austenite di trasformazione inversa nella microstruttura. ε-Cu è la fase di rafforzamento primaria in acciaio a 17-4 ph. Negli ultimi anni, la ricerca sulla sua morfologia è aumentata. I paesi stranieri hanno iniziato prima, mentre la ricerca interna, in particolare presso la fabbrica di turbine di Harbin, è stata più approfondita. Si credeva generalmente che "in tutti i casi, ε-cu è sferico". Tuttavia, la fabbrica di turbine di Harbin ha scoperto che le fasi ε-Cu precipitate dalla matrice martensitica sono aste corte lisce, mentre quelle precipitate dall'austenite (trasformazione inversa austenite) sono sferiche. Questo perché entrambe le fasi di austenite e ε-Cu hanno reticoli cubici centrati sul viso e la loro energia interfacciale è molto bassa, con conseguenti fasi ε-Cu sferiche. Al contrario, la martensite ha un reticolo cubico incentrato sul corpo, che differisce significativamente dal reticolo cubico centrato sul viso delle fasi ε-Cu, portando a un'energia interfacciale elevata e fasi ε-Cu simili a bastoncini. Zhang Hongbin et al. ha anche studiato la morfologia delle fasi ε-Cu in acciaio a 17-4 ph e ha scoperto che le fasi ε-Cu precipitate dalla matrice martensitica sono quasi sferiche