17-4 PH stainless steel | Paduan hardening presipitasi

1. Perkenalan

17-4 PH stainless steel (sering ditentukan sebagai UNS S17400, Aisi 630, atau en 1.4542) adalah salah satu baja stainless yang paling banyak digunakan oleh presipitasi di industri.

Itu memberikan kombinasi yang menarik kekuatan tinggi, ketangguhan yang baik, resistensi korosi praktis dan manufakturabilitas yang sangat baik.

Karena kondisi mekaniknya dikendalikan oleh perlakuan panas daripada komposisi saja,

17-4 PH dapat disesuaikan di berbagai pengorbanan kekuatan/ketangguhan yang sesuai dengan pengencang, poros, Komponen katup, perlengkapan aerospace dan banyak bagian rekayasa lainnya.

2. Apa 17-4 PH stainless steel?

17-4 PH adalah a martensit, presipitasi-hardening baja tahan karat.

Ini diperkuat terutama oleh pembentukan endapan kaya tembaga yang diproduksi selama penuaan terkontrol (Pengerasan presipitasi) Langkah mengikuti pengobatan solusi.

Di anil (solusinya) negara, itu relatif lembut dan mudah dikerjakan; Setelah penuaan dapat mencapai kekuatan tarik yang mirip dengan baja paduan berkekuatan tinggi sambil mempertahankan banyak ketahanan korosi pada tingkat stainless.

Fitur

• Kekuatan tinggi: Kekuatan tarik puncak dalam pendekatan rentang H900 ~ 1,3-1,4 GPa (190–200 ksi).
• Dapat diobati dengan panas: Properti yang disesuaikan dengan penuaan (H900 → H1150 Temppers) untuk menyeimbangkan kekuatan, ketangguhan dan resistensi SCC.
• Resistensi korosi yang baik: lebih baik dari baja martensit khas; Cocok untuk banyak lingkungan industri dan sedikit korosif.
• Manufakturabilitas yang baik: Bergerak dalam kondisi yang diobati dengan solusi; Dapat dilapisi dengan prosedur yang sesuai.
• Magnet: Struktur mikro martensit dalam banyak kondisi.
• Bentuk pasokan luas: bar, MEMPERLIHKAN, piring, kabel, bubuk (untuk aditif dan mim), MEMPERLIHKAN.

3. Komposisi Kimia dari 17-4 PH stainless steel

Sifat 17-4 PH stainless steel secara langsung terikat dengan komposisi kimianya yang seimbang.

Itu diklasifikasikan sebagai a Stainless Steel Martensitic-Hardening Stainless, dan setiap elemen paduan memainkan peran yang berbeda dalam memberikan kekuatan, kekerasan, dan resistensi korosi.

Komposisi standar (Berat %)

4. Teknologi Perlakuan Panas 17-4 PH stainless steel

Keseimbangan kekuatan -akrosi yang luar biasa 17-4 PH stainless steel berasal dari uniknya Urutan perlakuan panas, yang menggabungkan solusi anil Dan Pengerasan presipitasi (penuaan).

Proses Perlakuan Panas Inti

Melangkah 1: Solusi anil

• Tujuan: Homogenisasi struktur mikro dengan melarutkan semua tembaga dan niobium dalam matriks austenit; menghilangkan pemisahan dari casting/forging.
• Parameter: Panaskan hingga 1.040–1.060 ° C. (1,900–1.940 ° F.), Tahan selama 30-60 menit (tergantung pada ketebalan bagian: 30 Menit untuk <25 mm, 60 Menit untuk >50 mm), Kemudian udara dingin atau pendinginan air ke suhu kamar.
• Hasil: Austenite berubah menjadi martensit yang lembut (kekerasan: ~ 200 HB); Tembaga tetap dalam solusi padat yang sangat jenuh - mempersiapkan paduan untuk penuaan.

Melangkah 2: Pengerasan presipitasi (Penuaan)

• Tujuan: Memicu difusi yang terkontrol dari atom tembaga untuk membentuk endapan ε-Cu yang memicu kekuatan. Suhu penuaan menentukan ukuran endapan dan, dengan demikian, pertunjukan:

• • Suhu rendah (480° C.): Endapan halus (5 nm) → Kekuatan Max, ketangguhan rendah.
  • Suhu tinggi (620° C.): Endapan kasar (20 nm) → Kekuatan lebih rendah, ketangguhan tinggi.

Suhu penuaan standar (ASTM A564):

• H900: 482 ° C untuk 1 H → Kekuatan Max (~ 1310–1380 MPa), Kekerasan 40–45 HRC, tapi ketangguhan yang lebih rendah.
• H1025: 552 ° C untuk 4 h → kekuatan seimbang (~ 1170 MPa) dan ketangguhan; banyak digunakan dalam dirgantara.
• H1075: 579 ° C untuk 4 h → kekuatan sedang (~ 1070 MPa), peningkatan daktilitas.
• H1100: 593 ° C untuk 4 H → Kekuatan Bawah (~ 1000 MPa), ketangguhan yang lebih tinggi, resistensi korosi stres yang baik.
• H1150 (2-melangkah): 620 ° C untuk 4 H + Dingin + 620 ° C untuk 4 h → kekuatan terendah (~ 900 MPa), keuletan dan ketangguhan tertinggi, digunakan dalam Marinir & nuklir.

5. Sifat mekanik yang khas dengan marah

Itu kinerja mekanis 17-4 PH stainless steel sangat tergantung pada itu kondisi penuaan (melunakkan).

Dengan memilih suhu perawatan panas yang berbeda, Insinyur dapat menyeimbangkan kekuatan, kekerasan, keuletan, dan resistensi korosi agar sesuai dengan aplikasi tertentu.

6. Resistensi korosi: Kemampuan dan keterbatasan

17-4 PH menawarkan resistensi korosi yang sedang - lebih banyak dari baja martensit tetapi lebih rendah dari nilai austenitik atau dupleks. Kinerjanya tergantung pada lingkungan, perlakuan panas, dan permukaan akhir.

Mekanisme korosi & Data kinerja

• Resistensi pitting: Kayu = 18–20 (dihitung sebagai %cr + 3.3×%MO + 16×%n)—Bower dari 316L (Kayu 24–26) tapi lebih tinggi dari 410 (Kayu 16–18).
  Di dalam 5% Pengujian semprotan garam NaCl (ASTM B117), 17-4 Ph (Pasifasi) menolak karat merah selama 500–700 jam vs. 1,000+ Jam untuk 316L.
• Korosi Umum: Berkinerja baik di air tawar, udara, dan bahan kimia ringan (pH 4–10). Di dalam 10% asam sulfat (H₂so₄), Tingkat korosi adalah 0.1 mm/tahun (vs.. 0.05 mm/tahun untuk 316L).
• Korosi intergranular (IGC): Kandungan karbon rendah (<0.07%) dan stabilisasi niobium mencegah presipitasi kromium karbida - mencetak astm A262 Praktek e (Tes IGC) tanpa retak.
• Retak korosi stres (SCC): Menolak SCC dalam air tawar dan sebagian besar bahan kimia tetapi rentan di lingkungan yang kaya klorida (>100 PPM Cl⁻) di bawah stres tarik. H1150 Temper (kekuatan yang lebih rendah) lebih tahan SCC daripada H900.

Strategi mitigasi korosi

• Pasifan: Tenggelam dalam 20-30% asam nitrat (40–60 ° C., 30 menit) Untuk mengentalkan lapisan cr₂o₃ - meningkatkan ketahanan semprot garam 30%.
• Electropolishing: Menciptakan permukaan yang halus (RA ≤0,8 μm) yang mengurangi korosi celah - kritis untuk aplikasi medis dan makanan.
• Pelapis: Untuk lingkungan yang keras (air laut), Terapkan pelapis PTFE atau keramik untuk memperpanjang masa pakai dengan 2–3x.

7. Metode pembuatan: Pengecoran, Penempaan, Pemesinan, Pengelasan

Pengecoran

• Pengecoran Investasi: Banyak digunakan untuk kedirgantaraan, pompa, dan komponen katup yang membutuhkan geometri dekat-net-bentuk dan permukaan halus (RA 1.6-3.2 μm).
• Casting pasir: Diterapkan untuk bagian besar, tetapi membutuhkan pemesinan selanjutnya karena akurasi dimensi yang lebih rendah (CT8 - CT10 per ISO 8062).
• Pertimbangan utama:

• • Tunjangan penyusutan ~ 2,0% untuk 17-4 Ph.
  • Risiko porositas dan pemisahan harus dikurangi dengan pemadatan terkontrol dan penekanan isostatik panas (PANGGUL).
  • Solusi pasca-CAST Annealing sangat penting sebelum pengerasan presipitasi.

Penempaan

• Penempaan tertutup: Menghasilkan aliran biji -bijian yang lebih kuat dan resistensi kelelahan yang lebih tinggi. Ideal untuk poros, landing gear, dan bagian struktural.
• Penempaan terbuka: Digunakan untuk billet besar, disk, atau cincin di mana kekuatan arah sangat penting.
• Keuntungan:

• • Kekuatan tarik hingga 1380 MPA dalam Temper H900 dapat dicapai dengan struktur biji -bijian yang halus.
  • Mengurangi risiko penyusutan internal dibandingkan dengan casting.

• Tantangan: Biaya perkakas yang lebih tinggi dan kebebasan desain yang terbatas dibandingkan dengan casting.

Pemesinan

• Kemampuan mesin: Sebanding dengan 304 Stainless Steel dalam kondisi yang diobati dengan larutan, tetapi menjadi lebih sulit secara signifikan setelah pengerasan presipitasi (MISALNYA., Kekerasan Temper H900 ~ 44 HRC).
• Rekomendasi:

• • Gunakan alat karbida dengan pengaturan yang kaku.
  • Menggunakan pendingin banjir untuk mengurangi pengerjaan kerja.
  • Selesai pemesinan sering dilakukan keadaan solusi yang dianil, diikuti dengan perlakuan panas akhir.

• Aplikasi: Perlengkapan Aerospace Precision, instrumen medis, Komponen turbin.

Pengelasan

• Proses: GTAW (CEKCOK), Gawn (AKU), dan smaw layak.
• Kemampuan las: Bagus, tetapi membutuhkan perlakuan panas pasca-keluhan (solusi anil + penuaan) untuk mengembalikan pengerasan presipitasi yang seragam.
• Praktik utama:

• • Presipitasi dikerjakan (berumur) materi harus bukan dilas secara langsung - berisiko retak dan mengurangi sifat mekanik.
  • Logam pengisi: AWS A5.9 ER630 atau setara yang dirancang untuk 17-4 Ph.

• Pertunjukan: Lasan dapat mencapai kekuatan dekat orang tua setelah perlakuan panas yang tepat, meskipun ketangguhan terkadang sedikit lebih rendah di zona las.

8. Aplikasi khas 17-4 PH stainless steel

17-4 PH stainless steel dipilih secara luas di seluruh industri yang menuntut karena menggabungkan kekuatan tinggi, resistensi korosi, dan stabilitas dimensi yang sangat baik setelah perlakuan panas. Di bawah ini adalah area aplikasi yang representatif:

Luar angkasa & Pertahanan

• Komponen Landing Gear, poros aktuator, dan bagian mesin turbin -Manfaat dari rasio kekuatan terhadap berat tinggi dan resistensi terhadap retak korosi stres.
• Pengencang dan perlengkapan - H900 dan H1025 Temppers memberikan kekuatan tarik > 1,200 MPa, Sambungan yang kritis di sendi penahan beban.

Minyak & Gas / Energi

• Batang katup, poros pompa, Bagian kompresor - - 17-4 PH tahan baik lingkungan lepas pantai yang kaya klorida dan operasi tekanan tinggi.
• Alat downhole dan peralatan pengeboran - membutuhkan kekerasan dan ketahanan aus, Seringkali di H900 - H1025 Temppers.
• Turbin pembangkit listrik - digunakan dalam bilah, disk, dan rumah untuk resistansi suhu tinggi (hingga ~ 315 ° C).

Pemrosesan Kimia & Laut

• Poros agitator, impeler, mixer - Leverage resistensi terhadap larutan asam/alkali.
• Perangkat keras laut, poros baling -baling, Couplings - Paduan dupleks sering bersaing di sini, Tetapi 17-4 PH menawarkan keseimbangan resistensi korosi yang sangat baik dan kemampuan mesin.
• Peralatan desalinasi air laut -Kehidupan layanan terbukti di air garam yang kaya klorida.

Medis & Industri Makanan

• Instrumen Bedah, Implan ortopedi - manfaat dari kekerasan tinggi, Pakai ketahanan, dan perlindungan korosi setelah pasif atau electropolishing.
• Peralatan pengolahan makanan - Penggunaan termasuk bilah pemotongan, pisau, dan membentuk alat, Di mana kedua kekuatan dan permukaan higienis sangat penting.

Industri & Teknik Umum

• Cetakan dan mati untuk injeksi plastik - Stabilitas dimensi yang sangat baik setelah perlakuan panas memastikan umur layanan yang panjang.
• Bantalan, roda gigi, dan spindle - Temper H900 mendukung ketahanan aus yang tinggi.
• Mata air dan pengencang berkinerja tinggi - Gabungkan resistensi kelelahan dengan perlindungan korosi.

9. Merek di bawah standar internasional yang berbeda

10. Analisis komparatif: 17-4 Ph vs.. Paduan yang bersaing

17-4 PH stainless steel bersaing dengan beberapa keluarga paduan tergantung pada persyaratan desain - terutama kekuatan, kekerasan, resistensi korosi, dan biaya.

Kemampuan uniknya untuk menggabungkan kekuatan mekanik yang tinggi dengan resistensi korosi sedang-ke-tinggi menjadikannya pilihan yang serba guna.

11. Tantangan & Batasan

Terlepas dari kekuatannya, 17-4 PH memiliki keterbatasan yang harus ditangani dalam desain dan aplikasi:

Kinerja suhu tinggi

• Keterbatasan: Kekuatan terdegradasi dengan cepat di atas 300 ° C - pada 500 ° C, H900 kekuatan tarik turun ke 500 MPa (57% pengurangan).
• Mitigasi: Untuk aplikasi suhu tinggi (>300° C.), Gunakan Inconel 718 (tetap 90% kekuatan pada 600 ° C.) atau mantel 17-4 PH dengan lapisan keramik tahan panas.

Kerentanan klorida

• Keterbatasan: Rentan terhadap pitting dan SCC di lingkungan yang kaya klorida (>100 PPM Cl⁻) di bawah stres tarik.
• Mitigasi: Gunakan Temper H1150 (Kekuatan yang lebih rendah mengurangi stres); Paruh secara teratur; Hindari celah dalam desain.

Pemesinan Hardened Mempers

• Keterbatasan: H900 Temper (HB 300–380) meningkatkan biaya keausan alat dan pemesinan.
• Mitigasi: Mesin dalam keadaan solusi yang dianut (HB 200), Kemudian usia untuk kekerasan akhir; Gunakan alat CBN untuk fitur kritis.

Biaya

• Keterbatasan: 17-4 PH harganya 30-50% lebih banyak dari 304 baja tahan karat karena penambahan tembaga dan niobium.
• Mitigasi: Menggunakan 17-4 PH hanya untuk komponen bantalan beban; Kombinasikan dengan paduan berbiaya lebih rendah (MISALNYA., 304) untuk bagian yang tidak kritis.

12. Keberlanjutan & Tren masa depan

17-4 PH berkembang untuk memenuhi tujuan keberlanjutan dan kebutuhan industri yang muncul:

Inisiatif keberlanjutan

• Daur ulang: 17-4 PH IS 100% dapat didaur ulang, Tanpa kehilangan sifat - direkrut 17-4 PH membutuhkan 40% lebih sedikit energi untuk diproduksi daripada bahan primer (Asosiasi Stainless Steel Dunia).
• Mengurangi Limbah: Casting investasi 17-4 PH meminimalkan limbah material (95–98% hasil) vs.. pemesinan (70–80% hasil).
• Umur layanan yang panjang: Dalam aplikasi aerospace, 17-4 Komponen pH terakhir 20+ bertahun -tahun - Mengurangi frekuensi penggantian dan limbah TPA.

Tren masa depan

• Pembuatan aditif (PAGI): 3D-cetak 17-4 Ph (Via Laser Powder Bed Fusion, LPBF) menghasilkan geometri yang kompleks (MISALNYA., struktur kisi) dengan 15% Resistensi kelelahan yang lebih tinggi daripada bagian cor - digunakan dalam komponen mesin dirgantara.
• Curah hujan skala nano: Proses penuaan lanjutan (MISALNYA., penuaan isotermal) buat lebih kecil, endapan Cu yang lebih seragam (2–5 nm)—Semasikan kekuatan sebesar 10–15% tanpa mengurangi ketangguhan.
• Paduan Hibrida: 17-4 PH diperkuat dengan nanotube karbon (CNT) atau partikel keramik-meningkatkan kekuatan suhu tinggi 20% (dalam pengembangan untuk bagian turbin generasi berikutnya).
• Penuaan suhu rendah: Siklus temperamen baru (400–450 ° C.) mengurangi penggunaan energi dengan 30% sambil mempertahankan 90% Kekuatan H900-dapat dilakukan untuk komponen EV volume tinggi.

13. Kesimpulan

17-4 PH stainless steel adalah fleksibel, Keluarga paduan berkinerja tinggi yang menjembatani kesenjangan antara baja tahan karat konvensional dan baja paduan berkekuatan tinggi.

Kemampuannya untuk disesuaikan dengan perlakuan panas membuatnya menjadi pilihan yang luar biasa ketika desainer membutuhkan kekuatan, resistansi korosi yang wajar dan manufakturabilitas dalam materi yang sama.

Pemilihan temperamen yang tepat, fabrikasi yang cermat (latihan pengelasan dan pemesinan), dan perawatan permukaan yang tepat memaksimalkan masa pakai layanan.

Untuk lingkungan yang kaya klorida atau sangat suhu tinggi, Alternatif seperti baja tahan karat dupleks atau superalloy nikel harus dipertimbangkan.

 

FAQ

Adalah 17-4 PH magnetik?

Ya, Karena itu adalah stainless steel martensit, itu magnetis di sebagian besar pengemudi.

Bisa 17-4 PH dikeraskan oleh pekerjaan dingin?

Itu bekerja keras, Tetapi mekanisme penguatan yang dimaksudkan adalah pengerasan presipitasi (penuaan). Untuk dimensi akhir yang ketat, mesin dalam kondisi solusi, lalu usia.

Apa perbedaan antara 17-4 Ph dan 15-5 PH stainless steel?

Keduanya adalah pH stainless stainless steel, Tetapi 17-4 PH memiliki kromium yang lebih tinggi (15–17,5% vs.. 14–15,5% untuk 15-5 Ph) dan nikel lebih rendah (3–5% vs.. 3.5–5.5% untuk 15-5 Ph).

17-4 PH menawarkan kekuatan yang lebih tinggi (H900: 1,150 MPA vs.. 15-5 Ph H900: 1,050 MPa), ketika 15-5 PH memiliki resistensi korosi yang sedikit lebih baik (Kayu 20 vs.. 19) dan kemampuan formulir.

Bisa 17-4 PH digunakan dalam aplikasi air laut?

Terbatas-17-4 ph (Kayu 18–20) rentan terhadap pitting di air laut (35,000 PPM Cl⁻) Setelah 500–700 jam (ASTM B117).

Untuk penggunaan air laut jangka panjang, Pilih 316L (Kayu 24–26) atau dupleks 2205 (Kayu 32–35).

Jika 17-4 PH diperlukan, Gunakan Temper H1150 + electropolishing + Lapisan PTFE untuk memperpanjang masa pakai hingga 2-3 tahun.

Berapa suhu maksimum 17-4 PH dapat bertahan?

Untuk layanan berkelanjutan, 17-4 PH dibatasi hingga 300 ° C (H900 Temper) atau 350 ° C. (H1150 Temper).

Di atas 300 ° C., Yang telah memicu kasar, mengurangi kekuatan. Untuk paparan jangka pendek (1–2 jam), itu bisa mentolerir hingga 450 ° C.

Bagaimana pengaruh pengelasan 17-4 Properti PH?

Pengelasan melembutkan zona yang terkena dampak panas (Haz) Dengan melarutkan endapan Cu - kekuatan tarik haz dapat turun 30-40%.

Untuk memulihkan kekuatan, Lakukan anil solusi pasca-weld (1,050° C., 1 jam) + Penilaian kembali ke temperamen asli. Gunakan GTAW dengan logam pengisi ER630 untuk meminimalkan retak.

Adalah 17-4 PH Cocok untuk Implan Medis?

Ya-H1150-Bempered 17-4 PH biokompatibel (bertemu iso 10993) dan digunakan dalam implan ortopedi (lutut, panggul) dan instrumen bedah.

Itu membutuhkan electropolishing (RA ≤0,8 μm) untuk mengurangi adhesi bakteri dan pasif untuk meningkatkan resistensi korosi dalam cairan tubuh.