17-4 PH keluli tahan karat | Aloi pemendakan pemendakan

1. Pengenalan

17-4 PH keluli tahan karat (sering ditentukan sebagai UNS S17400, Aisi 630, atau en 1.4542) adalah salah satu keluli tahan karat pemendakan yang paling banyak digunakan dalam industri.

Ia memberikan gabungan menarik kekuatan tinggi, ketangguhan yang baik, rintangan kakisan praktikal dan pembuatan yang sangat baik.

Kerana keadaan mekanikalnya dikawal oleh rawatan haba dan bukannya komposisi sahaja,

17-4 PH boleh disesuaikan dengan pelbagai kekuatan/ketahanan yang sesuai dengan pengikat, aci, komponen injap, kelengkapan aeroangkasa dan banyak bahagian kejuruteraan lain.

2. Apa itu 17-4 PH keluli tahan karat?

17-4 PH adalah a martensit, pemendakan pemendakan keluli tahan karat.

Ia diperkuat terutamanya oleh pembentukan precipitates kaya tembaga yang dihasilkan semasa penuaan terkawal (Pengerasan hujan) Langkah mengikuti rawatan penyelesaian.

Dalam annealed (diselesaikan) Negeri, ia agak lembut dan mudah dimesin; Selepas penuaan, ia dapat mencapai kekuatan tegangan yang serupa dengan keluli aloi kekuatan tinggi sambil mengekalkan banyak rintangan kakisan gred tahan karat.

Ciri -ciri

• Kekuatan tinggi: Kekuatan tegangan puncak dalam pendekatan julat H900 ~ 1.3-1.4 GPA (190-200 ksi).
• Haba-dirawat: sifat yang disesuaikan dengan penuaan (H900 → H1150 Tempers) untuk mengimbangi kekuatan, ketahanan dan rintangan SCC.
• Rintangan kakisan yang baik: lebih baik daripada keluli martensit biasa; Sesuai untuk banyak persekitaran perindustrian dan sedikit menghakis.
• Pembuatan yang baik: boleh disesuaikan dengan keadaan yang dirawat penyelesaian; boleh dikimpal dengan prosedur yang sesuai.
• Magnet: Mikrostruktur martensit adalah magnet dalam kebanyakan keadaan.
• Borang bekalan yang luas: bar, pemalsuan, pinggan, wayar, serbuk (untuk aditif dan mim), pemalsuan.

3. Komposisi kimia 17-4 PH keluli tahan karat

Sifat -sifat 17-4 PH keluli tahan karat secara langsung terikat dengan komposisi kimia yang seimbang.

Ia diklasifikasikan sebagai keluli tahan karat pemendakan martensit, dan setiap elemen aloi memainkan peranan yang berbeza dalam memberikan kekuatan, ketangguhan, dan rintangan kakisan.

Komposisi standard (Berat %)

4. Teknologi rawatan haba dari 17-4 PH keluli tahan karat

Kekuatan yang luar biasa -keseimbangan -keseimbangan keseimbangan 17-4 PH keluli tahan karat berasal dari yang unik urutan rawatan haba, yang menggabungkan Penyelesaian Penyepuh dan Pengerasan hujan (penuaan).

Proses rawatan haba teras

Langkah 1: Penyelesaian Penyepuh

• Objektif: Homogenisasi mikrostruktur dengan membubarkan semua tembaga dan niobium dalam matriks austenite; Hilangkan pemisahan dari pemutus/penempaan.
• Parameter: Panaskan hingga 1,040-1,060 ° C. (1,900-1,940 ° F.), Tahan selama 30-60 minit (Bergantung pada ketebalan seksyen: 30 minit untuk <25 mm, 60 minit untuk >50 mm), kemudian udara sejuk atau pelepasan air ke suhu bilik.
• Hasilnya: Austenite berubah menjadi martensit lembut (kekerasan: ~ 200 Hb); Tembaga kekal dalam penyelesaian pepejal supersaturated -menyediakan aloi untuk penuaan.

Langkah 2: Pengerasan hujan (Penuaan)

• Objektif: Mencetuskan penyebaran atom tembaga yang dikawal untuk membentuk kekuatan ε-cu precipitates. Suhu penuaan menentukan saiz mendakan dan, Oleh itu, prestasi:

• • Suhu rendah (480° C.): Fine precipitates (5 nm) → Kekuatan Max, ketangguhan yang rendah.
  • Suhu tinggi (620° C.): Precipitates kasar (20 nm) → Kekuatan yang lebih rendah, ketangguhan yang tinggi.

Suhu penuaan standard (ASTM A564):

• H900: 482 ° C untuk 1 H → Kekuatan Maksimum (~ 1310-1380 MPa), kekerasan 40-45 HRC, Tetapi ketangguhan yang lebih rendah.
• H1025: 552 ° C untuk 4 H → kekuatan seimbang (~ 1170 MPa) dan ketangguhan; digunakan secara meluas dalam aeroangkasa.
• H1075: 579 ° C untuk 4 H → kekuatan sederhana (~ 1070 MPa), Kemuluran yang lebih baik.
• H1100: 593 ° C untuk 4 H → Kekuatan yang lebih rendah (~ 1000 MPa), ketahanan yang lebih tinggi, Rintangan kakisan tekanan yang baik.
• H1150 (2-langkah): 620 ° C untuk 4 h + sejuk + 620 ° C untuk 4 H → Kekuatan terendah (~ 900 MPa), Kemuluran dan ketangguhan tertinggi, digunakan dalam marin & nuklear.

5. Sifat mekanikal biasa dengan marah

The prestasi mekanikal 17-4 PH keluli tahan karat sangat bergantung pada keadaan penuaan (temperatur).

Dengan memilih suhu rawatan haba yang berbeza, Jurutera boleh mengimbangi kekuatan, ketangguhan, Kemuluran, dan rintangan kakisan untuk memenuhi aplikasi tertentu.

6. Rintangan kakisan: Keupayaan dan batasan

17-4 PH menawarkan rintangan kakisan yang sederhana untuk keluli martensit tetapi lebih rendah daripada gred austenitic atau dupleks. Prestasinya bergantung pada persekitaran, rawatan haba, dan kemasan permukaan.

Mekanisme kakisan & Data prestasi

• Pitting Rintangan: Kayu = 18-20 (dikira sebagai %CR + 3.3×%mo + 16×%n)-Lower daripada 316L (Kayu 24-26) tetapi lebih tinggi daripada 410 (Kayu 16-18).
  Dalam 5% Ujian semburan garam NaCl (ASTM B117), 17-4 Ph (dilancarkan) Menentang karat merah selama 500-700 jam vs. 1,000+ jam untuk 316L.
• Kakisan Umum: Berfungsi dengan baik di air tawar, udara, dan bahan kimia ringan (pH 4-10). Dalam 10% Asid sulfurik (H₂so₄), Kadar kakisan adalah 0.1 mm/tahun (vs. 0.05 mm/tahun untuk 316L).
• Kakisan intergranular (IGC): Kandungan karbon rendah (<0.07%) dan penstabilan niobium mencegah pemendakan karbida kromium -melepasi amalan ASTM A262 e (Ujian IGC) tanpa retak.
• Tekanan kakisan (SCC): Menentang SCC dalam air tawar dan kebanyakan bahan kimia tetapi terdedah dalam persekitaran yang kaya dengan klorida (>100 ppm cl⁻) di bawah tekanan tegangan. H1150 TEMPAT (Kekuatan yang lebih rendah) lebih tahan SCC daripada H900.

Strategi pengurangan kakisan

• Passivation: Tenggelam dalam asid nitrik 20-30% (40-60 ° C., 30 minit) untuk menebal lapisan Cr₂o₃ -meningkatkan rintangan semburan garam oleh 30%.
• Electropolishing: Mewujudkan permukaan yang licin (RA ≤0.8 μm) yang mengurangkan hakisan celah -kritikal untuk aplikasi perubatan dan makanan.
• Salutan: Untuk persekitaran yang keras (air laut), Sapukan salutan PTFE atau seramik untuk melanjutkan hayat perkhidmatan dengan 2-3x.

7. Kaedah pembuatan: Pemutus, Menunaikan, Pemesinan, Kimpalan

Pemutus

• Pelaburan Pelaburan: Digunakan secara meluas untuk aeroangkasa, pam, dan komponen injap yang memerlukan geometri berhampiran-net dan kemasan permukaan halus (RA 1.6-3.2 μm).
• Pemutus pasir: Digunakan untuk bahagian besar, tetapi memerlukan pemesinan berikutnya kerana ketepatan dimensi yang lebih rendah (CT8 -CT10 per ISO 8062).
• Pertimbangan utama:

• • Elaun pengecutan ~ 2.0% untuk 17-4 Ph.
  • Risiko porositi dan pemisahan mesti dikurangkan dengan pemejalan terkawal dan menekan isostatik panas (Hip).
  • Penyepuh Penyelesaian Pasca Cast adalah penting sebelum pengerasan hujan.

Menunaikan

• Penutup tertutup: Menghasilkan aliran bijirin yang lebih kuat dan rintangan keletihan yang lebih tinggi. Sesuai untuk aci, gear pendaratan, dan bahagian struktur.
• Terbuka Terbuka: Digunakan untuk bilet besar, cakera, atau cincin di mana kekuatan arah adalah kritikal.
• Kelebihan:

• • Kekuatan tegangan sehingga 1380 MPA dalam suhu H900 boleh dicapai dengan struktur bijirin halus.
  • Mengurangkan risiko pengecutan dalaman berbanding pemutus.

• Cabaran: Kos perkakas yang lebih tinggi dan kebebasan reka bentuk terhad berbanding pemutus.

Pemesinan

• Kebolehkerjaan: Sebanding dengan 304 Keluli tahan karat dalam keadaan yang dirawat penyelesaian, tetapi menjadi lebih sukar selepas pengerasan hujan (Mis., Kekerasan H900 ~ 44 HRC).
• Cadangan:

• • Gunakan perkakas karbida dengan persediaan tegar.
  • Menggunakan penyejuk banjir untuk mengurangkan pengerasan kerja.
  • Menyelesaikan pemesinan sering dilakukan di Negeri Annealed Solution, diikuti dengan rawatan haba akhir.

• Aplikasi: Kelengkapan Aeroangkasa Ketepatan, instrumen perubatan, Komponen turbin.

Kimpalan

• Proses: GTAW (TIG), Gawn (Saya), dan smaw boleh dilaksanakan.
• Kebolehkalasan: Baik, tetapi memerlukan rawatan haba pasca kimpalan (Penyelesaian Penyepuh + penuaan) untuk memulihkan pengerasan hujan seragam.
• Amalan utama:

• • Hujan lebat (berumur) bahan harus tidak dikimpal secara langsung - ia risiko retak dan mengurangkan sifat mekanikal.
  • Logam pengisi: AWS A5.9 ER630 atau setara yang direka untuk 17-4 Ph.

• Prestasi: Kimpalan dapat mencapai kekuatan ibu bapa yang hampir selepas rawatan haba yang betul, Walaupun ketangguhan kadang -kadang sedikit lebih rendah di zon kimpalan.

8. Aplikasi tipikal 17-4 PH keluli tahan karat

17-4 PH Stainless Steel dipilih secara meluas di seluruh industri yang menuntut kerana ia menggabungkan kekuatan tinggi, Rintangan kakisan, dan kestabilan dimensi yang sangat baik selepas rawatan haba. Di bawah adalah kawasan aplikasi wakil:

Aeroangkasa & Pertahanan

• Komponen gear pendaratan, aci penggerak, dan bahagian enjin turbin -mendapat manfaat daripada nisbah kekuatan-ke-berat yang tinggi dan rintangan terhadap keretakan kakisan tekanan.
• Pengikat dan kelengkapan - H900 dan H1025 Tempers memberikan kekuatan tegangan > 1,200 MPA, Kritikal dalam sendi beban.

Minyak & Gas / Tenaga

• Batang injap, aci pam, bahagian pemampat - 17-4 PH menahan kedua-dua persekitaran luar pesisir yang kaya klorida dan operasi tekanan tinggi.
• Alat downhole dan peralatan penggerudian - Memerlukan kekerasan dan rintangan haus, selalunya dalam keadaan H900 -H1025.
• Turbin penjanaan kuasa - digunakan dalam bilah, cakera, dan perumahan untuk rintangan suhu tinggi (Hingga ~ 315 ° C).

Pemprosesan kimia & Marin

• Aci agitator, pendesak, pengadun - Leverage Rintangan kepada penyelesaian berasid/alkali.
• Perkakasan Marin, aci kipas, gandingan - aloi dupleks sering bersaing di sini, tetapi 17-4 PH menawarkan keseimbangan rintangan kakisan dan kebolehkerjaan yang sangat baik.
• Peralatan penyahgaraman air laut -Kehidupan Perkhidmatan Terbukti di Brines Kaya Klorida.

Perubatan & Industri makanan

• Instrumen pembedahan, implan ortopedik - mendapat manfaat daripada kekerasan yang tinggi, Pakai rintangan, dan perlindungan kakisan selepas passivation atau electropolishing.
• Peralatan pemprosesan makanan - Kegunaan termasuk bilah pemotongan, pisau, dan membentuk alat, di mana kedua -dua permukaan dan permukaan kebersihan adalah kritikal.

Perindustrian & Kejuruteraan Am

• Acuan dan mati untuk suntikan plastik - Kestabilan dimensi yang sangat baik selepas rawatan haba memastikan hayat perkhidmatan yang panjang.
• Galas, gear, dan spindle - Temper H900 menyokong rintangan haus yang tinggi.
• Mata air dan pengikat berprestasi tinggi - Menggabungkan rintangan keletihan dengan perlindungan kakisan.

9. Jenama di bawah piawaian antarabangsa yang berbeza

10. Analisis perbandingan: 17-4 PH vs. Aloi bersaing

17-4 PH Stainless Steel bersaing dengan beberapa keluarga aloi bergantung kepada keperluan reka bentuk -terutamanya kekuatan, ketangguhan, Rintangan kakisan, dan kos.

Keupayaannya yang unik untuk menggabungkan kekuatan mekanikal yang tinggi dengan rintangan kakisan yang sederhana hingga tinggi menjadikannya pilihan serba boleh.

11. Cabaran & Batasan

Walaupun kekuatannya, 17-4 PH mempunyai batasan yang mesti ditangani dalam reka bentuk dan aplikasi:

Prestasi suhu tinggi

• Batasan: Kekuatan merendahkan dengan cepat melebihi 300 ° C -pada 500 ° C, Kekuatan tegangan H900 jatuh ke 500 MPA (57% pengurangan).
• Pengurangan: Untuk aplikasi suhu tinggi (>300° C.), Gunakan Inconel 718 (mengekalkan 90% kekuatan pada suhu 600 ° C.) atau kot 17-4 PH dengan lapisan seramik tahan panas.

Kerentanan klorida

• Batasan: Terdedah kepada pitting dan scc dalam persekitaran yang kaya klorida (>100 ppm cl⁻) di bawah tekanan tegangan.
• Pengurangan: Gunakan H1150 Temper (Kekuatan yang lebih rendah mengurangkan tekanan); passivate secara teratur; Elakkan celah dalam reka bentuk.

Pemesinan pemadam keras

• Batasan: H900 Temper (HB 300-380) Meningkatkan kos alat dan pemesinan alat.
• Pengurangan: Mesin dalam keadaan annealed penyelesaian (Hb 200), Kemudian umur hingga kekerasan akhir; Gunakan alat CBN untuk ciri kritikal.

Kos

• Batasan: 17-4 PH berharga 30-50% lebih daripada 304 Keluli tahan karat kerana penambahan tembaga dan niobium.
• Pengurangan: Gunakan 17-4 PH hanya untuk komponen beban; Gabungkan dengan aloi kos rendah (Mis., 304) untuk bahagian bukan kritikal.

12. Kemampanan & Trend masa depan

17-4 PH berkembang untuk memenuhi matlamat kemampanan dan keperluan industri yang sedang berkembang:

Inisiatif kemampanan

• Recyclabality: 17-4 PH adalah 100% boleh dikitar semula, tanpa kehilangan hartanah -dikitar semula 17-4 PH memerlukan 40% kurang tenaga untuk menghasilkan daripada bahan utama (Persatuan Keluli Stainless Dunia).
• Mengurangkan Sisa: Pelaburan Pelaburan 17-4 PH meminimumkan sisa bahan (95-98% hasil) vs. pemesinan (70-80% hasil).
• Hayat perkhidmatan yang panjang: Dalam aplikasi aeroangkasa, 17-4 Komponen pH terakhir 20+ Kekerapan penggantian dan pembaziran tapak pelupusan yang dikembalikan tahun.

Trend masa depan

• Pembuatan Aditif (Am): 3D-dicetak 17-4 Ph (melalui gabungan katil serbuk laser, LPBF) menghasilkan geometri kompleks (Mis., struktur kekisi) dengan 15% rintangan keletihan yang lebih tinggi daripada bahagian cast yang digunakan dalam komponen enjin aeroangkasa.
• Pemendakan nanoscale: Proses Penuaan Lanjutan (Mis., penuaan isoterma) buat lebih kecil, Cu lebih seragam (2-5 nm)- Kekuatan yang semakin meningkat sebanyak 10-15% tanpa mengurangkan ketangguhan.
• Aloi hibrid: 17-4 PH diperkuat dengan nanotube karbon (CNTs) atau zarah seramik-meningkatkan kekuatan suhu tinggi oleh 20% (Di bawah pembangunan untuk bahagian turbin generasi akan datang).
• Penuaan suhu rendah: Kitaran marah baru (400-450 ° C.) mengurangkan penggunaan tenaga oleh 30% semasa mengekalkan 90% kekuatan H900-Mampan untuk komponen EV tinggi.

13. Kesimpulan

17-4 Keluli tahan karat pH adalah fleksibel, Keluarga aloi berprestasi tinggi yang menjembatani jurang antara keluli tahan karat konvensional dan keluli aloi kekuatan tinggi.

Keupayaannya disesuaikan dengan rawatan haba menjadikannya pilihan yang luar biasa apabila pereka memerlukan kekuatan, rintangan kakisan yang munasabah dan pembuatan dalam bahan yang sama.

Pemilihan perang yang betul, fabrikasi yang berhati -hati (amalan kimpalan dan pemesinan), dan rawatan permukaan yang sesuai memaksimumkan hayat perkhidmatan.

Untuk persekitaran suhu yang kaya dengan klorida atau sangat tinggi, Alternatif seperti keluli tahan karat dupleks atau superalloy nikel harus dipertimbangkan.

 

Soalan Lazim

Adalah 17-4 PH magnet?

Ya, kerana ia adalah keluli tahan karat martensit, ia adalah magnet dalam kebanyakan temper.

Boleh 17-4 PH dikeraskan dengan kerja sejuk?

Ia berfungsi dengan keras, Tetapi mekanisme pengukuhan yang dimaksudkan adalah pengerasan hujan (penuaan). Untuk dimensi akhir yang ketat, mesin dalam keadaan yang dirawat penyelesaian, Kemudian umur.

Apakah perbezaan antara 17-4 Ph dan 15-5 PH keluli tahan karat?

Kedua -duanya adalah keluli tahan karat pH, tetapi 17-4 PH mempunyai kromium yang lebih tinggi (15-17.5% vs.. 14-15.5% untuk 15-5 Ph) dan nikel yang 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), manakala 15-5 PH mempunyai rintangan kakisan yang sedikit lebih baik (Kayu 20 vs. 19) dan formabiliti.

Boleh 17-4 PH digunakan dalam aplikasi air laut?

Terhad-17-4 ph (Kayu 18-20) mudah terdedah di air laut (35,000 ppm cl⁻) selepas 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 H1150 Temper + Electropolishing + Salutan PTFE untuk melanjutkan hayat perkhidmatan hingga 2-3 tahun.

Berapakah suhu maksimum 17-4 PH boleh bertahan?

Untuk perkhidmatan berterusan, 17-4 PH terhad kepada 300 ° C (H900 Temper) atau 350 ° C. (H1150 TEMPAT).

Di atas 300 ° C., Yang telah mencetuskan kasar, mengurangkan kekuatan. Untuk pendedahan jangka pendek (1-2 jam), ia boleh bertolak ansur dengan sehingga 450 ° C.

Bagaimana kimpalan mempengaruhi 17-4 Ciri -ciri PH?

Kimpalan melembutkan zon yang terkena haba (HAZ) dengan membubarkan Cu precipitates -kekuatan tegangan haz dapat turun sebanyak 30-40%.

Untuk memulihkan kekuatan, Lakukan Penyelesaian Penyelesaian Pasca Kimpalan (1,050° C., 1 jam) + penuaan semula hingga ke tahap yang asal. Gunakan GTAW dengan logam pengisi ER630 untuk meminimumkan retak.

Adalah 17-4 PH sesuai untuk implan perubatan?

Ya-H1150-Tempered 17-4 PH adalah biokompatibel (bertemu ISO 10993) dan digunakan dalam implan ortopedik (lutut, pinggul) dan instrumen pembedahan.

Ia memerlukan electropolishing (RA ≤0.8 μm) untuk mengurangkan lekatan bakteria dan passivation untuk meningkatkan rintangan kakisan dalam cecair badan.